世界の製造業では「デジタルツイン」という言葉が注目されている。デジタルツインとは「デジタルの双子」という意味だ。IoTなどを活用し、フィジカル空間（現実空間）とそっくりの世界をデジタル空間（仮想空間）に再現し、シミュレーションを行うことで、フィジカル世界で何が起こるかを予測するテクノロジーのことを表している。
たとえば、デジタルツインでは製品の設計から製造までをあらかじめデジタル空間で行う。そこで、その製品がフィジカル空間でもきちんと製造できることを検証してから、工場でのものづくりを始める。これが実現すれば、生産性の向上や納期の短縮のみならず、「マスカスタマイゼーション」（多品種少量生産）にも対応できる。
しかし、そのような新しいものづくりの方法は本当に可能なのだろうか。具体的には、どのようなことができるのだろうか。3DCADソフトウェアを開発するオートデスク（Autodesk）のソリューションを見れば、その答えのヒントが得られるはずだ。
オートデスクは1982年に2Dの図面作成ソフト「AutoCAD」を発売して以来、36年にわたり、フィジカル空間のモノをサイバー空間に再現し、シミュレーションする技術を開発してきたグローバル企業だ。ソリューションの提供分野は製造から建築、土木インフラ、デジタルゲームなどのCG（コンピュータグラフィクス）／映像と多岐にわたり、そのユーザー数は6億8,000万人を誇る。
オートデスクが目指すデジタルツインの姿とはどのようなものなのか。それに向けて、どのような取り組みを行っているのか。同社技術営業本部テリトリーアカウント エンジニアマネージャーの加藤久喜氏に話を伺った（聞き手：IoTNEWS代表 小泉耕二）。
オートデスクの3D技術にIoTを融合させる
IoTNEWS 小泉耕二（以下、小泉）： 「AutoCAD」をはじめ、オートデスクさんのCADソフトはものづくりの世界ではあたりまえのように使われています。最近では、どのような取り組みを行っているのでしょうか。
オートデスク 加藤久喜氏（以下、加藤）： 現実空間にあるすべてのカタチあるものを3次元化する。そうした技術を30年以上にわたって私たちは開発し、提供してきました。しかし、それはあくまで「デジタル側」の技術でした。
デジタルツインを実現するには、今度はそこにフィジカル（現実）のデータ、つまりIoTをいかに融合させるかがカギとなってきます。その取り組みの例をいくつかご紹介します。
オートデスクでは、オープンイノベーションを行う「Pier 9」という研究所をアメリカのサンフランシスコに構えています。ここには工作機械や3Dプリンタ、ロボット、AR/VRなどの各種設備が置かれ、私たちの3D技術などとあわせて他社の方々（オートデスクでは、「アーティスト」と呼んでいます）が自由に開発とデモンストレーションを行える環境を用意しています。
たとえば、その中には「Robotics Lab」というラボがあり、実際に6軸ロボットなどを操作しながら、新しいテクノロジーの開発に取り組んでいます。
ロボットの制御においては、動作を覚えさせるティーチングが課題です。設定した通りにはなかなか動いてくれませんし、一つの動作を覚えさせるだけでもすごく時間がかかります。そこで、カメラやセンサーを使ってリアルタイムにロボットの動きをとらえ、フィジカルとデジタルの動きの差異を補正したり、VRを使ってデジタル空間でティーチングを行ったりといった技術の開発に取り組んでいます。
小泉： そのようなラボがあるんですね。
加藤： ええ。私たちの3D技術を使えば、デジタル空間でものづくりを行い、その成果物を予想することができます。しかし、現実空間でモノをつくるとなると、さまざまな要素がからんでくるので、こうした実環境でデモンストレーションを行っていく必要があるのです。
「Pier 9」では、「〇〇のソフトウェアを使ってこういうつくり方をすれば、こんなモノがつくれる」という具体的なところまで実証します。最近では、「Push Button Manufacturing」という言葉がありますが、設計と最新の製造設備を融合させることで、設計の方法を従来から変えていく新しいものづくりが期待されています。この部分のサポートがオートデスクにとって今後、大きなビジネス領域になってくると考えています。
もう一つ、オフィスのIoTを3Dモデルで再現するという事例をご紹介します。弊社のトロントのオフィスを3Dで再現したものですが（下の画像）、各所にセンサーをしかけていて、その位置や取得した実際のデータを3D画面上で確認できます。
オフィスは日照条件によってエネルギーの消費（空調の使い方）が変わります。また、ヒトの人数や動きによって最適なレイアウトのしくみが見えてきます。そうした知見を、3D空間を使って可視化し、シミュレーションすることで、新しいオフィス空間の提案につなげることができます。
実は、このトロントのオフィスの3D形状とセンサーのデータは、「DASHER 360」という弊社のウェブサイト上でオープンに公開されています。
小泉： え、我々も見られるんですか？
加藤： ええ、見られます。ただ、2015年からトラッキングを行っていますが、すべてのデータが見られるわけではありません。一般の方々がこれを見て、どう活用できるのかを体験してもらうためのデモ環境になります（DASHER 360はこちら）。
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現実とデジタルの境目がなくなっていく
加藤： デジタルツインを実現するには、VRとARの技術も重要になってきます。VRやARは、ものづくりの現場でも活用が進んできてはいますが、課題はあります。その一つが画像のクオリティです。現実とデジタルで見た目が違いすぎるのです。
その違いがユーザーにとって違和感になってしまうと、活用が進みません。そこで私たちは、「本物そっくり」のVR/AR空間を提供することを一つのゴールとしてかかげています。
小泉： ものづくりの設計に使う3DCADのモデルと、ゲームのように光の反射なども加味された3Dのモデルはそもそも違うものですよね。ものづくりのデジタル空間をより現実に近づけるには、ゲームの技術も必要とするのですか？
加藤： おっしゃる通りです。クオリティの高い画像が必要な場合は、もともと3次元CADでつくった精密な形状を、デジタルゲームに使うようなデータケースに変換します。
小泉： なるほど、変換するんですね。
加藤： ええ。こちらは（下の画像）、今年、弊社のユーザーイベントで行った、VRを使ってビルの建設現場でロボットを動かしてみるという体験デモです。
小泉： これはデジタルですか？
加藤： ええ、デジタルです。
小泉： そうですか…。現実なのかデジタルなのかわからなくなってきました（笑）。
加藤： ありがとうございます（笑）。
最近では、ガラス張りのビルが多くなってきました。ガラスをはめる作業というのはとても大変です。熟練の作業者がクレーンをすごくうまく操作したり、人力でビルの外に回り込んではめていたりと属人的な技術を使っています。
しかし、ご存知の通り日本では熟練の作業者が減ってきており、技術の継承が課題となっています。欧米も含めてですが、デジタルと土木建築の技術を組み合わせて、そうした課題を解決できないかと私たちは考えています。その一つが、このVRを活用したロボットのティーチングです。
小泉： さまざまなことが3D空間でシミュレーションできるようになってきているのですね。
加藤： そうですね。ただもちろん、わざわざ3Dでシミュレーションしなくても改善できることもあります。
たとえば、この部屋の気温を適正に保つにはどうしたらよいでしょうか。この部屋にいる私たちがセンサーとなり、全員が「暑い」と言えば、空調の設定温度を下げればいいのです。また、部屋にセンサーを設置して、適正な温度を自動で調整することもできるでしょう。これは、別にオートデスクの技術を使わなくてもできることです。
しかし、温度調整が十分に効かなかったり、局所的に冷えすぎたり、暑すぎたりする場合はどうでしょうか。その場合は、エアコンの位置や数、エアコンの性能そのものを変えなければなりません。エアコンの性能を変えるには、ルーバーの3次元形状を変えたり、整流板を追加したりするなどの検討が必要です。
こうなると、3Dのモデルをつくってシミュレーションすることが必要になります。
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現実空間の情報をデジタルに「写しとる」
小泉： 今後、3D化が重要になってくるのはどういう領域でしょうか？
加藤： 一つは工場の生産設備です。日本でも海外でも、製品を3Dで設計するのはほぼあたりまえになってきています。しかしながら、生産設備が3D化されているお客さんはまだまだ少ないのが現状です。
とはいえ、オートデスクでは生産設備を3D化するツールを豊富に持っています。たとえば、弊社の「Factory Design Utilities」というソフトウェアを使えば、工場の機器の数やレイアウトを設計することができます。
具体的には、まず2次元の工場の図面や見取り図をつくります。そこに、製造する品目とその生産量、材料、設備のスペックや設置する位置の情報をインプットすると、CAD上に2次元のレイアウトが自動で組み上がっていきます。
実は、製造業向け3DCADの「Autodesk Inventor Professional」というソフトを使えば、この2次元の状態から、3次元に自動で組み替えることが可能です。そうなると、2次元では見えてこなかった問題が出てきますから、そこで3次元的な検討に取り掛かります。
小泉： 最初から3次元ではつくらないのでしょうか？
加藤： はじめから3次元で設計することもできます。ただ、製造業ではまだ紙の2次元の図面が成果物の一つとして重要な位置を占めているという現状があります。設計の方法はさまざまで、お客様のニーズに合わせて適したプロセスで設計を行っていただくことが可能です。
新設の工場でなくても、新たに設備を設置する場合には、3次元モデルをつくっておくことが必要です。しかし、長年経った工場にはさまざまな道具が置いてあったりして、人間がすべてその状態を把握して3次元におこすことは困難です。
そこで、オートデスクでは「Autodesk ReCap」というソリューションを提供しています。3Dスキャナーを使って、工場の状態をすべて「撮影」した点群データを取り込んで設計データとして使う準備をするソリューションです（上の画像）。それによって、実際の工場にかなり近いものをデジタル空間上に再現できます。
小泉： これが点群データですか。いやあ、きれいですね。
加藤： そうなんです。最近では3Dスキャナーの技術が非常に発達しています。これによって、たとえば新しい産業機械を置く場所の状態を正確に把握しておくことができます。あとは、搬入時にも役に立ちます。設備を置くスペースがあっても、それを搬入するクレーンが通れなかったら話になりませんから。
しかも、この点群データは3DCADの中にも入れられます。3DCADで設計中のプロダクトをデジタルの工場の中に置いてみて、もう少し小さくしないといけないとか、レイアウト変えなければいけないとか、検討することができます。
小泉： なるほど、すごいですね。
「ジェネレーティブデザイン」のよさは、設計と製造をつなげること
小泉： 新しい設計手法である、「ジェネレーティブデザイン」について教えてください。
加藤： 「ジェネレーティブデザイン」は、重さや強度など必要な条件だけをインプットすれば、コンピュータが最適なモノの形状や構造を提案してくれるソリューションです。オートデスクでは、「Autodesk Fusion 360」というソフトウェアでその一部を利用できます（年間利用料：約6万円、ジェネレーティブデザインの計算と形状出力には別途費用が必要）。
「ジェネレーティブデザイン」の特徴は、人間が考えつきもしないようなモノの形状を導き出すことです。それは、自然界にある形状に似てくる傾向があります。たとえば、哺乳類の骨の形です。自然界の生物たちは、途方もなく長い年月をかけて進化してきました。その結果できた形状は、やはり優れたもののはずです。ですから、「ジェネレーティブデザイン」によって最適化した形状がそれに似てくるというのは、必然的なのだと考えられます。
小泉： なるほど…。
加藤： 人間が考えだせるモノの形状の数や種類には限界があります。固定観念もあります。しかし、「ジェネレーティブデザイン」では、AIとクラウドを用いることで、何百、何千通りのオプションを提示することができます。
ここで、重要なのは人間の役割です。私もいつも気をつけてお話するようにはしているのですが、「ジェネレーティブデザイン」がもたらすこの自動化のプロセスは、「人間がいらなくなる」という印象を与えてしまいがちです。
しかし、コンピュータにできることはまだまだ限定的です。オートデスクが提供する「ジェネレーティブデザイン」の価値は、あくまで色々なバリエーションを人間に対して提案することにあります。その中から、最後は人間が最適なモノを選びだす必要があります。
「ジェネレーティブデザイン」と言っても、使い方はさまざまです。オートデスクでは、その使い方の違いによって3種類のソフトウェアを提供しています。
一つは、ある程度の形状が決まっている段階で、部分的にコンピュータの力を借りて完成度を高めたいという場合です。二つ目は、利用目的と外形は決まっているけれども、内部だけ軽量化したい場合。そして三つ目が、質量や強度などの最低条件を与えて、コンピュータの力を存分に発揮してもらうパターンです。
二つ目の「軽量化」の例をお見せします。これはクルマのサスペンションです（下の画像）。一般的に、こうした部品は過去の経験や実績から、形や厚みなどがある程度決まっているものです。
それに対して、「ジェネレーティブデザイン」によって要らない部分をどんどん削除していき、軽量化を進めていきます（上の画像）。赤色が構造的に負荷のかかりやすい部分です。緑色は負荷がかかりにくいですから、その部分を削っていきます。
このように空洞のある構造は、人間の骨の内部の構造に似ているそうです。骨密度という言葉がありますよね。人間も軽量化のためだと思うのですが、骨の内部は空洞になっていて、それでも負荷に耐えられるように最適化された構造になっています。
しかし、「ジェネレーティブデザイン」によってできた形状を、実際の設備でつくれるかどうかが問題です。もし、自前の生産設備でその形状がつくれないのであれば、自前の設備で加工できるように、再度、設計を変える必要があります。
小泉： そうですよね。それは、御社のソフトウェアで設計の方にフィードバックする機能もあるのですか？
加藤： ええ。Fusion 360のいいところは、クラウドを使っていることです。設計者がクラウドにデータを入れておけば、加工する人がそのデータを使ってシミュレーションし、「これならできる」とか「こうしたらいい」といった逆提案ができます。クラウドの中で、設計から生産までの一連のコミュニケーションが可能になるのです。
小泉： なるほど。それは素晴らしいです。
加藤： あるいは、まだお試し機能なのですが、Fusion 360のソフトウェア上で加工方法を色々と検討できるようになっています。現時点では定義しない場合がデフォルトで、「3Dプリンタ」を加工法に選んでシミュレーションすることができます。そこに、今はテクノロジープレビューというお試し機能として、工作機械の「3軸加工」と「5軸加工」という選択肢が追加されています。
小泉： 工法を考慮したデザインを提案してくれるということですね。
加藤： ええ。これがもう少し発展すると、たとえば次のようなことができます。ある工場で、本来は5軸加工機でしかつくれない製品の受注があったが、5軸は稼働がいっぱいで空きがない。ただ、3軸加工機は空いている。こうした場合、本来であれば受注をあきらめるところです。
しかし、さきほどの「ジェネレーティブデザイン」の機能を使って3軸でつくれるように設計を変えれば、「今からつくれます！」ということが可能になります。これが、初めに申し上げた「Push Button Manufacturing」と言われる新しいものづくりの世界観です。
小泉： それは素晴らしい。工場へ行くと、実は使っていないという設備がたくさんありますからね。
加藤： そうなんです。せっかく最新の加工機が導入されて、今までより精度が2倍まで出せるというのに、設計がそのことを知らないために機会損失になっているような場合もありますから。
やはり、これからのものづくりは設計と製造が密にコミュニケーションできることが重要だと考えています。ジェネレーティブデザインはそのための有用なツールとなります。
※オートデスクの「ジェネレーティブデザイン」についてはこちらの記事も参照。
「ジェネレーティブデザイン」がもたらす自動化の再定義 ―Autodesk University Japan 2018
シミュレーションすればわかる、インダストリー4.0の世界
加藤： また、オートデスクでは他のさまざまなシステムとAPI連携できるプラットフォーム「Forge」を提供しています。シーメンスさんやダッソー・システムズさんが提供するソフトのCADデータはもちろんのこと、ERPやスケジューラーといったアプリケーションとも連携できます。なお、「Forge」でどのようなアプリケーションで使えるのかは、サンプルのサイトがありますので、そこから色々見ていただくことができます。
小泉： お話を伺っていて、色々な企業がクラウドを通して、設計から生産までのものづくりを行っていくイメージが持てたような気がします。
加藤： そうですね。今だと、紙の図面を持って打ち合わせに行くために、とても遠い距離を移動しているような企業さんも多いです。でも、もし図面の共有をクラウドでできたら、その必要はありません。
また、紙の図面でのやりとりだけでは、発注者と製造者がもつ製品のイメージがどうしても食い違ってしまう場合があります。それが、より「直感的な」3次元のツールで行えるようになればいいと思います。「本当に同じモノ」を共有しながら、会話していくことが重要です。
小泉： おっしゃる通りだと思います。
加藤： それでも最近の製造業は変わってきていて、新規の顧客を獲得するという目的のためにも、新しいテクノロジーをどんどん取り入れていきたいという企業さんも増えています。
小泉： そうなんですか。
加藤： ええ。ただ3次元モデルやIoT、シミュレーションなど最先端のテクノロジーを存分に活用している企業はまだごくわずかです。そこには、いっきにたどり着けるものではありません。ある程度、段階を踏んでいく必要があります。
ですから、オートデスクは2Dのソリューションも大事にしていきたいのです。まず、そこから始めていただく。そして、そこからさらに発展していくために私たちにできることが、「Autodesk ReCap」や2Dから3Dモデルをつくるしくみを提供すること、そして遠い未来の姿を見せていくことなのだろうと考えています。
小泉： なるほど。「インダストリー4.0」が叫ばれてから久しいですが、なかなか言葉だけだとその本質が見えてこともあります。ただ、ここまでシミュレーションできるということを見せていただいたことで、イメージがつかめたような気がします。本日はありがとうございました。
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