CPS・デジタルツインとは？

CPS・デジタルツインの意味

CPSは、現実世界（フィジカル空間）のデータをセンサで収集し、仮想世界（サイバー空間）で分析・シミュレーションして、その結果を現実世界へ返して制御・改善する仕組み。デジタルツインは、現実の設備や工場を仮想空間に忠実に写した双子のモデルを作り、そこで試すことで現実を最適化する考え方。

CPS・デジタルツインの具体例

工場の設備データを仮想モデルに反映し、生産計画の変更を仮想空間で試して最適案を選び、実際のラインへ反映する。

CPS・デジタルツインは試験でどう引っ掛けられる？

CPSは分析結果を現実側へ返して制御・改善するところまでが要件で、データを集めて可視化・分析するだけ（BI・データレイク）ではCPSにならない。デジタルツインは現実の実体と対応付いた仮想モデルを指し、対応する実体を持たない一般のシミュレーションモデルやメタバースとは別。

CPS・デジタルツインと関連する用語

• IoT
• OT
• スマートファクトリー・CPS（サイバーフィジカルシステム）

CPS・デジタルツインが出た過去問

• CPS（サイバーフィジカルシステム）を活用している事例はどれか。

  正解：現実世界の都市の構造や活動状況のデータによって仮想世界を構築し、災害の発生や時間軸を自由に操作して、現実世界では実現できないシミュレーションを行う。

  要点：CPSは現実のデータで仮想空間を作り結果を現実に還元する

  CPS（サイバーフィジカルシステム）は、現実世界（フィジカル）のデータをセンサなどで集めてサイバー空間にモデルを構築し、そこで分析・シミュレーションした結果を現実世界にフィードバックする仕組みである。現実の都市データから仮想都市を作り、災害シミュレーションを行う例がこれに当たる。

  出典：令和2年度 10月 応用情報技術者試験 午前 問71（IPA）

• サイバーフィジカルシステム（CPS）の説明として、適切なものはどれか。

  正解：現実世界のデータを収集し、仮想世界で分析・加工して、現実世界側にリアルタイムにフィードバックすることによって、付加価値を創造する仕組み

  要点：CPSは実世界の情報を仮想空間で分析し現実へ還元する

  サイバーフィジカルシステムは、センサーなどで実世界（フィジカル空間）の情報を集め、サイバー空間で分析・シミュレーションした結果を実世界へ戻して制御や意思決定に生かす仕組みです。IoTやデジタルツインを支える考え方で、Society 5.0の基盤とされています。

  出典：令和4年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問73（IPA）

• CPS（サイバーフィジカルシステム）を活用している事例はどれか。

  正解：現実世界の都市の構造や活動状況のデータによって仮想世界を構築し、災害の発生や時間軸を自由に操作して、現実世界では実現できないシミュレーションを行う。

  要点：CPSは現実のデータで仮想空間を作り結果を現実へ返す

  CPSは、現実世界（フィジカル空間）から収集したデータをサイバー空間に取り込んで仮想的に再現し、分析やシミュレーションを行って、その結果を現実世界へ還元する仕組みである。都市の構造や活動状況のデータで仮想都市を構築し、災害発生などを自由に条件設定して検証する事例はこれに当たる。

  出典：令和5年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問71（IPA）

• 各種センサーを取り付けた航空機のエンジンから飛行中に収集したデータを分析し、仮想空間に構築したエンジンのモデルに反映してシミュレーションを行うことによって、各パ…

  正解：デジタルツイン

  要点：デジタルツインは現実の対象を仮想空間に再現して予測する

  デジタルツインは、現実の機器や設備から収集したデータを用いて、仮想空間にその双子となるモデルを構築し、現実の状態をリアルタイムに再現する考え方である。仮想側でシミュレーションを行うことで、実機を止めずに消耗の進み具合や故障の時期を予測できる。

  出典：令和5年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問73（IPA）

• IoT活用におけるデジタルツインの説明はどれか。

  正解：デジタル空間に現実世界と同等な世界を、様々なセンサーで収集したデータを用いて構築し、現実世界では実施できないようなシミュレーションを行うこと

  要点：デジタルツインは現実の写しをデジタル空間に作りシミュレーションする

  デジタルツインは、現実世界の設備や工場などから各種センサーでデータを収集し、デジタル空間にその双子となるモデルを構築する技術である。現実そっくりのモデル上で条件を変えたシミュレーションを行い、故障予測や工程改善の検討など、現実では試せない検証を安全かつ低コストに実施できる。よってエが正解。

  出典：令和6年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問70（IPA）