デジタルツイン導入成功事例集

化学プラントにおけるデジタルツイン活用：安全管理とプロセス最適化の成功事例

Tags: デジタルツイン, 化学プラント, 安全管理, プロセス最適化, 製造業

はじめに

化学プラントの運営は、高度な安全性確保と絶え間ない生産効率の追求が不可欠です。多岐にわたる化学物質の取り扱い、複雑な反応プロセス、そして設備の膨大な数と相互作用は、オペレーションの難易度を高めています。こうした環境において、デジタルツイン技術は、物理的なプラントの状態を仮想空間に再現し、リアルタイムでの監視、シミュレーション、予測を可能にする革新的なアプローチとして注目されています。

本記事では、ある大手化学メーカーがどのようにデジタルツインを導入し、長年の課題であった安全管理の高度化と製造プロセスの最適化を同時に実現したのか、その成功事例を詳細にご紹介します。この事例は、他のプロセス産業や複雑なシステムを持つ分野にも示唆を与えるものです。

導入前の課題

この化学メーカーのプラントでは、デジタルツイン導入以前、以下のような複数の深刻な課題に直面していました。

これらの課題は、安全性に関わるリスクを高めるだけでなく、プラント全体の収益性にも大きな影響を与えていました。

デジタルツインソリューションの概要

これらの課題を解決するため、同社はプラント全体のデジタルツイン構築プロジェクトを立ち上げました。導入されたデジタルツインソリューションは、以下の特徴を持っていました。

このソリューションが選ばれた理由は、プラントの複雑性を扱う上で、単なるデータ収集・分析にとどまらず、物理的な挙動のシミュレーションとリアルタイムの状態監視を組み合わせることで、潜在的なリスクや非効率性を根本から解消できる可能性が高かったためです。また、将来的な自律運転に向けた基盤技術としてもデジタルツインが有望視されました。

導入プロセスと実施内容

デジタルツインの導入は、段階的なアプローチで進められました。

  1. パイロットプロジェクト: まず、プラント内の特定の重要なプロセスユニット（例: 反応器、蒸留塔など）に焦点を当て、小規模なデジタルツインを構築するパイロットプロジェクトを実施しました。ここでは、必要なデータソースの特定、データ収集・統合の方法確立、および初期のモデル開発に重点が置かれました。
  2. データ収集基盤の拡張とモデル開発: パイロットでの知見を活かし、プラント全体をカバーするためのデータ収集基盤を拡張しました。既存のセンサーに加え、必要に応じて新たなセンサーを設置しました。並行して、プラント全体の物理モデルおよびAIモデルの開発・キャリブレーションを進めました。特に、正確な物理モデル構築には、長年の運転データと専門知識の活用が不可欠でした。
  3. ユーザーインターフェース開発とトレーニング: リアルタイム監視、シミュレーション実行、アラート表示などを行うための直感的で分かりやすいユーザーインターフェースを開発しました。オペレーターやエンジニアがデジタルツインを日常業務で活用できるよう、集中的なトレーニングを実施しました。
  4. 段階的な展開と検証: 初期は監視・可視化ツールとして活用し、モデルの精度を確認しながら、徐々に予知保全、プロセス最適化のための推奨機能へと利用範囲を広げました。各段階で得られたフィードバックをモデルやシステム改善に反映しました。
  5. 組織横断的な連携: 導入プロジェクトは、製造、保全、エンジニアリング、IT、そして安全部門など、複数の部署からなる専任チームによって推進されました。これにより、各部門の専門知識を結集し、デジタルツインが全社的なツールとして機能するように調整が行われました。

導入プロセスにおいては、既存のレガシーシステムとの連携、膨大なデータの品質管理、そして現場オペレーターからの理解と協力の獲得が特に重要かつ困難な点でしたが、経営層の強力なリーダーシップと、現場のニーズを丁寧にヒアリングし、システム開発に反映させることでこれらの課題を克服しました。

導入による成果

デジタルツインの導入は、多岐にわたる顕著な成果をもたらしました。

これらの成果は、導入前の課題に直接的に対応しており、安全性強化、コスト削減、生産性向上というプラント運営の根幹に関わる目標達成に貢献しました。

成功要因とポイント

この化学プラントにおけるデジタルツイン導入成功の背景には、いくつかの重要な要因があります。

コンサルタントが他の企業へ提案する際のポイントとしては、まず顧客の具体的な「痛み」（課題）を明確にし、その解決策としてデジタルツインがどのような価値（成果）をもたらすのかを具体的に提示することが重要です。また、技術だけでなく、データ、組織、プロセスといった多角的な視点からのアプローチが必要であることを強調するべきでしょう。

事例からの示唆と展望

この化学プラントの事例は、デジタルツインが単なる技術トレンドではなく、複雑な産業分野における根幹的な課題解決と競争力強化のための強力なツールであることを示しています。

この事例から得られる示唆として、以下が挙げられます。

今後の展望としては、このデジタルツインをさらに拡張し、サプライチェーン全体（原材料調達から製品配送まで）との連携を深めることで、よりレジリエントで効率的なオペレーションを実現する可能性があります。また、将来的には、デジタルツインが自律的なプラント運転の意思決定を支援、あるいは実行する段階へと進化することも期待されます。他のプロセス産業（石油精製、食品製造など）や、大規模で複雑なシステムを持つ分野（都市インフラ、大規模ビル管理など）への応用可能性も高いと考えられます。コンサルタントとしては、こうした応用可能性や将来的な発展シナリオを提示することで、顧客のデジタル変革に対するビジョンを広げることができるでしょう。

まとめ

本記事では、化学プラントにおけるデジタルツイン導入による、安全管理の高度化と製造プロセス最適化の成功事例をご紹介しました。導入前の具体的な課題（安全リスク、非効率なプロセス、予知保全の遅れ、知識継承困難）に対し、デジタルツインは包括的なデータ統合、物理・AIモデルの融合、リアルタイム可視化、シミュレーション機能といったソリューションを提供しました。

その結果、事故発生率の削減、エネルギー消費・歩留まりの改善、予知保全によるダウンタイム削減など、定量的・定性的な成果を実現しました。この成功は、明確な目的設定、現場との連携、段階的導入、データガバナンス、技術パートナーとの協業といった要因に支えられています。

この事例は、デジタルツインが複雑な産業分野で直面する難題に対し、いかに効果的な解決策となりうるかを示唆しています。テクノロジーコンサルタントの皆様にとって、この事例がクライアントへの提案活動や、多様な産業におけるデジタルツイン活用の可能性を検討する上での一助となれば幸いです。