調査分析レポート

掲載日:2023年10月2日

デジタルツインに関する論文・特許調査分析事例04索引語分析による課題、用途、要素技術の動向

論文キーワードからみる「課題・用途・要素技術」の動向

JDreamⅢデータベースには論文の研究主題を表す以下のキーワードが収録されており、そのキーワードを分析することで研究動向を分析することが可能です。

  • シソーラス用語:論文の研究主題を表す「統制キーワード(データベース作成機関側が付与した統制語)」
  • 準シソーラス用語:論文の研究主題を表す「非統制キーワード(統制されていない自由語)」

ここではデジタルツインにおける課題・用途・要素技術について分析した結果をご紹介します。

課題の動向

図11は、上位『課題キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別の経年推移を示したグラフで、表3は『課題キーワード』の中で直近3年比率が上位のキーワード(=直近3年で急上昇しているキーワード)を示した表です。
これらのグラフ及び表に登場した『課題キーワード』をカテゴリ別に以下に整理しました。

カテゴリ 課題キーワード
セキュリティ
シソーラス用語
セキュリティ、サイバー攻撃、安全性、ロバスト性、レジリエンス(回復力)
準シソーラス用語
サイバーセキュリティ、脆弱性、攻撃者、システムセキュリティ、セキュリティ、防衛、DoS、サイバー攻撃
直近3年比率
サイバー攻撃、侵入検出
予測精度
準シソーラス用語
高精度、予測精度
直近3年比率
精度、高忠実度、予測精度、高精度
システム性能
シソーラス用語
待ち時間
準シソーラス用語
実行時間、オーバヘッド(プログラム処理中に間接的に生じる負荷)、システム性能
直近3年比率
計算負荷
自動化
シソーラス用語
自動化
準シソーラス用語
自律性
プライバシー保護
シソーラス用語
プライバシー
準シソーラス用語
プライバシー保護
相互運用性
シソーラス用語
インターオペラビリティ(相互運用性)
準シソーラス用語
シームレス
リアルタイム性
準シソーラス用語
リアルタイム

『セキュリティ』に関する課題キーワード(サイバーセキュリティ、システムセキュリティなど)が最も多く出現しており、デジタルツインにおいて重要な課題であることがわかります。
次に、『予測精度』に関する課題キーワードも目立っています。これらのキーワードの多くは直近3年比率で頻出していたことから、予測精度に関する研究が急速に進んでいるものと推測されます。
また、準シソーラス用語で1位であった「リアルタイム」は『リアルタイム性に優れたシミュレーション』や『現実世界のリアルタイムなデータ収集』などを指しており、『リアルタイム性』もデジタルツインにおいて重要な課題であると考えられます。

図11【上位『課題キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別 経年推移】
表3【近年増えている『課題キーワード』】
【課題】合算シソーラス用語 直近3年比率
精度 89%
サイバー攻撃 79%
高忠実度 78%
計算負荷 74%
予測精度 73%
生産効率 72%
侵入検出 71%
製品品質 68%

用途の動向

図12は、上位『用途キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別の経年推移を示したグラフで、表4は『用途キーワード』の中で直近3年比率が上位のキーワードを示した表です。
これらのグラフ及び表に登場した用途キーワードをカテゴリ別に以下に整理しました。

カテゴリ 用途キーワード
製造
シソーラス用語
生産システム、ロボット、生産工程、スケジュールリング、保全(予知保全)、オペレータ及び教育(オペレータの教育)、プロトタイプ
準シソーラス用語
テストベッド(実際の使用環境に近い状況を再現可能な試験用プラットフォーム)、スマートマニュファクチャリング、スマートファクトリー、開発プロセス、自動化システム、ロボットシステム
直近3年比率
切削、組立工程、製品設計
故障予知・ライフサイクル管理
シソーラス用語
ライフサイクル(製品ライフサイクル管理)、故障(故障予知)、健康管理(医療分野以外に製品の寿命管理の意味合い)、状態推定
準シソーラス用語
異常検出、製品寿命、資産管理、予測保守
直近3年比率
予測保全、故障診断、保守管理
電力・エネルギー
シソーラス用語
電力、電力系統、スマートグリッド
準シソーラス用語
スマートグリッド、配電網
直近3年比率
エネルギー、発電所、風車
建設
準シソーラス用語
BIM【建築】(Building Information Modelingは、建築物のライフサイクルにおいて、そのデータを構築管理するための工程)、スマートホーム
直近3年比率
建築物、建設業、BIM【建築】
スマートシティ
シソーラス用語
都市
準シソーラス用語
スマートスマートシティ
サプライチェーン
シソーラス用語
ロジスティックス
準シソーラス用語
サプライチェーン
自動車
シソーラス用語
自動車
直近3年比率
電池
航空宇宙
準シソーラス用語
航空宇宙
直近3年比率
船体構造、構造ヘルスモニタリング
意思決定支援システム
シソーラス用語
意思決定
準シソーラス用語
意思決定支援、支援システム
直近3年比率
意思決定支援

『製造』に関するものが最も多く、次いで『故障予知・ライフサイクル管理』に関するものが多いようです。
特定の業界を示すものとしては、『電力』、『建設』、『スマートシティ』、『サプライチェーン』、『自動車』、『航空宇宙』に関するキーワードが登場しています。
また、『意思決定支援システム』に関するキーワードも上位に登場しており、デジタルツインによる『意思決定支援システム』が大きな注目を集めています。

デジタルツインが以下の順に進んでいくことを考えますと、特許ではセンシングによるデータ収集の発明が多く出願され、論文ではその先にある「意思決定支援システム」が論じられていることは興味深い結果です。

  1. データの収集やデジタル化
  2. データの統合や整理
  3. 可視化
  4. 分析やシミュレーション、シナリオの作成
  5. 意思決定支援、シナリオの統合
図12【上位『用途キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別 経年推移】
表4【近年増えている『用途キーワード』
【用途】合算シソーラス用語 直近3年比率
建築物 88%
切削 83%
意思決定支援 75%
組立工程 74%
予測保全 74%
故障診断 73%
持続可能な開発 72%
エネルギー 72%
船体構造 72%
電池 72%
建設業 72%
最適化手法 71%
製品設計 71%
発電所 71%
構造ヘルスモニタリング 71%
保守管理 70%
風車 70%
BIM【建築】 69%

要素技術の動向

図13は、上位『要素技術キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別の経年推移を示したグラフで、表5は『要素技術キーワード』の中で直近3年比率が上位のキーワードを示した表です。
これらのグラフ及び表に登場した要素技術キーワードをカテゴリ別に以下に整理しました。

カテゴリ 要素技術キーワード
人工知能(AI)
シソーラス用語
機械学習、人工知能、ニューラルネットワーク
準シソーラス用語
ディープラーニング、ビッグデータ、人工知能、機械学習
直近3年比率
Q学習(強化学習法の1つ)、畳込みニューラルネットワーク、ディープラーニング、学習モデル、ニューラルネットワーク、ランダムフォレスト、機械学習、強化学習
データ収集
シソーラス用語
センサ、センサーネットワーク、データ収集、監視装置
準シソーラス用語
無線センサネットワーク
直近3年比率
監視、コンピュータービジョン、データ融合、画像処理
シミュレーション・モデリング
シソーラス用語
シミュレーション、モデリング、バーチャルリアリティ
準シソーラス用語
モデルベース、シミュレーション、数値シミュレーション、仮想化
直近3年比率
三次元モデル
ネットワーク・通信
シソーラス用語
ネットワーク、インターネット、相互接続、通信
準シソーラス用語
ネットワーク化、ブロックチェーン、ワイヤレス、第5世代移動通信システム
ソフトウェア
シソーラス用語
応用プログラム、エージェント
準シソーラス用語
オープンソース、自己適応(環境の変化に対して自身を最適化することで、その変化に対応できるソフトウェア)、MATLAB(数値解析ソフトウェア及びその中で使用するプログラム言語)
直近3年比率
フレームワーク【ソフトウェア開発】
コンピューティング
シソーラス用語
アルゴリズム、計算機アーキテクチャ
準シソーラス用語
クラウドコンピューティング、エッジコンピューティング
最適化手法
直近3年比率
多目的最適化、粒子群最適化
制御
シソーラス用語
制御装置、アクチュエータ

『人工知能(AI)』に関するキーワードの出現が多く、デジタルツインにおいて重要な要素技術であることがわかります。
次いで、『データ収集』に関するキーワード「センサ」、「センサーネットワーク」も目立ちます。デジタルツインでは現実世界のデータ収集も重要な要素技術であることがわかります。
『ネットワーク・通信』カテゴリに登場している「ブロックチェーン」も注目されます。「ブロックチェーン」によるデータ改ざん防止技術は、デジタルツインの重要な課題である「サーバーセキュリティ」に有効な技術と考えられます。
『最適化手法』に関するキーワードとして「多目的最適化」、「粒子群最適化」 がありますが、これは『用途の動向』でも述べましたが、『複数シナリオの統合 ⇒ 意思決定支援』に大きく関連する技術と考えられます。
これらはトータルでの件数は多くなかったものの、直近3年比率のランキングで上位に登場していたことから、今後も大きく増加していくことが予想されます。

図13【上位『要素技術キーワード』(シソーラス用語・準シソーラス用語)別 経年推移】
表5【近年増えている『要素技術キーワード』】
【要素技術】合算シソーラス用語 直近3年比率
フレームワーク【ソフトウェア開発】 85%
プロセスパラメータ 83%
三次元モデル 79%
多目的最適化 78%
監視 78%
Q学習 78%
畳込みニューラルネットワーク 77%
ディープラーニング 77%
計算流体力学 75%
学習モデル 75%
コンピュータビジョン 75%
ニューラルネットワーク 75%
ランダムフォレスト 73%
資産管理シェル 73%
機械学習 73%
粒子群最適化 72%
データ融合 71%
強化学習 71%
画像処理 71%
予測技法 71%
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