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2023년 8월 23일
식품 산업에서는 인적 부족, 안전·안심의 담보 등 많은 과제가 있습니다. FOOMA JAPAN 2023에서는 '식품기계의 최첨단 기술, 제품, 서비스를 통해 '음식 기술이 펼쳐지는 따뜻한 미래'를 주제로 2023년 6월에 개최되었습니다.
식품 가공의 자동화는 변종 변량 생산에 대한 대응, 양품 제조 강화, 추적성 확보를 요구합니다. 따라서 당사는 변종변량생산에 대응하는 “i3-Mechatronics(아이큐브 메카트로닉스)」에서 메카트로닉스 기술을 활용한 자동화를 전개하고 있습니다.
본 전시에서는 주식회사 FAMS※1및 주식회사 아이큐브 디지털※2와 함께 '음식을 대변혁'을 주제로 식품의 입구인 식물 공장에서 식품제조라인의 자동화, 데이터 제휴·데이터 활용 솔루션의 실연 전시를 실시했습니다.
※1 주식회사 FAMS
Food & Agri 고객에게 메카트로닉스의 힘으로 창조된 솔루션 제공
※2 주식회사 아이큐브 디지털
생산 현장 자동화 및 최적화를 실현하는 디지털 시스템 통합자
당사는 2025년 비전에서 내세운 '새로운 메카트로닉스 응용 분야에 대한 도전'의 하나로서 농업·식품 가공의 자동화를 추진해, 식량의 안전과 안정 공급을 목표로 하고 있습니다.
식품의 원재료를 생산하는 식물공장과 식품가공공장을 자동화하여 상류에서 하류까지 일관된 식품생산 시스템을 실현합니다. 그림 1과 같이 식물 공장 옆에 식품 가공 공장을 세우면 야채를 원료로 한 식품의 효율적인 생산이 가능합니다.
본 보고서에서는 이번에 출전한 그림 2에 나타낸 솔루션 중에서 "식물 공장 시스템"아그리네", "인협동 로봇에 의한 "원료 취출 시스템"","검사 품질의 안정화를 지원하는 AI 화상 판정 솔루션 "Y's-Eye""에 대해 소개합니다.
그림 1 식물 공장과 식품 가공 공장의 자동화 공정 이미지
그림 2 출전 제품·솔루션
근년에는 일년 내내 안정적인 품질과 가격으로 야채를 재배할 수 있는 식물 공장의 요구가 증가하고 있습니다. 그래서 자동화와 데이터 연계로 야채의 안정 생산을 가능하게 하는 「아그리네」를 개발했습니다(그림 3). Agline의 사양은 표 1에 나와 있습니다.
그림 3 아그리네 개요표 1 아그리네 사양표
그림 4 프레임 및 레일 방식
자동화의 제일의 키포인트는, 독자 개발의 코마＆레일 방식(그림 4)입니다(특허 취득 완료). 야채 1주를 1개의 재배 컷으로 재배하고, 좌우로 당긴 레일 위에서 이동시킬 수 있다. 발아 불량이나 성장하지 않는 모종의 씨닝, 야채의 성장에 맞춘 야채의 간격 조정도 1주 단위로 실시하는 것이 가능해, 생육 상황에 따라 컷을 매일 이동시킵니다. 레일의 왼쪽 끝과 오른쪽 끝에 재배 프레임이 오면 수직 반송 로봇이 재배 프레임을 하나씩 손으로 잡고 상단으로 옮겨 수확 시기를 기다립니다. 공간 절약을 위해 높이 방향의 공간을 효과적으로 활용하고 있습니다. 수확 작업이 높은 곳이라도, 인협동 로봇 「MOTOMAN-HC 시리즈」※3에 의해 안전성을 확보한 후 자동화하고 더욱 번중※4에 채우는 작업까지 사람 협동 로봇이 수행합니다.
또한 환경 데이터를 연계하여 최적의 생산 환경을 제공합니다. 아그리네 컨트롤러를 이용하여 빛, 양분, 온도, 습도 등 야채에 필요한 환경 데이터를 수집하여 데이터 활용함으로써 안정적인 야채 생산을 실현함과 동시에 생산 상황과 설비 상황을 시각화하고 있습니다. "데이터로 연결, 움직임으로 바꾼다"를 실현하고 있으며, 지속 가능한 음식의 안전과 안정 공급에 공헌하고 있습니다.
이번 전시에서는 위의 프레임 및 레일 방식의 시연을 데모기에서 실시했습니다. (그림 5)
그림 5 아그리네 데모기
※3인협동 로봇 'MOTOMAN-HC 시리즈'란?
로봇 조작에 익숙하지 않은 작업자라도 간단하게 조작이 가능한 다이렉트 티치 기능, 밀어 운반할 수 있는 대차에 MOTOMAN-HC10DTP를 탑재한 핸드 캐리 타입, 위생성을 향상한 특수 표면 처리·식품 사양 MOTOMAN-HC10DTFP 등, 식품 산업계의 요구에 적합한 제품 라인 업.
※4 번중(반주)이란
식품 산업에서 사용되는 얇은 운송 용기
그림 6 원료 취출 시스템 이미지
그림 7 원료 취출 시스템 데모기
식품 가공 공장에 입하한 원료의 취출 공정에서 인협동 로봇 「MOTOMAN-HC 시리즈」를 활용한 자동화 라인을 소개합니다.
변종 변량 생산의 경우, 생산 레시피에 따라 원료의 종류와 수가 다르고, 원료 상자의 변화나 증감이 상시 발생해, 작업 공간을 고정화할 수 없기 때문에, 자동화가 어렵다고 하는 문제가 있었습니다. 식품 가공 공장의 입하·하처리의 원료 취출 공정에서는, 그림 6에 나타낸 바와 같이 로봇의 리치를 살려, 로봇의 주변에 선반을 설치해, 높이 방향의 공간을 플렉시블하게 함으로써, 작업 공간을 고정화해, 자동화를 실현했습니다.
자동화를 통해 생산 레시피 데이터와 연계된 원료 관리를 자동화할 수 있습니다.
전시회에서는, 원료 보관 선반을 마련한 원료 취출 시스템을 2대의 로봇으로 실연했습니다(그림 7). 원료 보관 선반을 헹구고 로봇의 주변에 설치하고, 헹굼 로봇이 선반에 놓인 원료 용기를 헹구고, 꺼내 로봇이 원료 용기에서 원료를 꺼내 다음 라인으로 배송하는 시스템으로되어 있습니다.
품질 검사 과정에서 사용하는 AI 이미지 결정 솔루션을 소개합니다.
식품은 개체차이가 크고 육안검사에서는 품질검사기준이 모호해지고 품질에 편차가 생기는 문제를 해결하기 위해 지난해 개발한 AI화상 판정 솔루션 'Y's-Eye(와이즈아이)'를 더욱 진화시킨 'Y's-Eye(와이즈아이) 컴팩트'를 개발했다.
그림 8 시스템 구성
그림 9 검사 시스템 내부
Y's-Eye 컴팩트는 그림 8과 같이 AI 스마트 카메라를 이용한 검사 시스템과 불량품 제거 메커니즘으로 구성되어 있습니다.
검사 시스템에서는, 흘러 온 식품을 AI스마트 카메라로 촬영해, 그 화상을 AI화상 해석 기술에 의해 양품/불량품을 판정합니다(그림 9). 여기에서 사용되고 있는 AI 판정 모델은 조명의 밝기, 초점 어긋남, 대상물의 방향 등 정확한 검사에 빠뜨릴 수 없는 촬상 부분에도 배려한 설계이며, 설정 후에는 그대로 푹 놓는 것만으로 검사를 시작할 수 있습니다. 사용자 정의 필요없이 즉시 검사를 시작할 수있는 제품입니다. 그 후, 컨베이어로 불량품 제거 기구까지 운반되어 불량품은 에어 제트로 불량품 상자에 제거됩니다. 표 2는 사양 및 동작 환경을 나타냅니다.
Y's-Eye 콤팩트는 AI 탑재 AI 스마트 카메라로서 일체형으로 함으로써 1m 사방에 담는 설계를 실현했습니다.
또한 간단한 시스템 구성으로 180개/min의 안정적이고 빠른 검사가 가능합니다.
이번 데모에서는 냉동 햄버거의 품질 검사 작업을 가정하고 탄, 균열 등의 형상 불량을 AI로 검사하여 불량품을 제거했습니다(그림 10). 실제의 도입 사례로서, 모발이나 비닐 조각을 검지한 예도 전시했습니다.
※표준 사양이며 고객의 환경에 따라 변경될 수 있습니다.
그림 10 Y’s-Eye 컴팩트 데모
이번에는 메카트로닉스의 핵심 기술을 결집해 “데이터로 연결, 움직임으로 바꾼다”를 테마로, 3사가 제휴해 FOOMA JAPAN 2023으로 식품 가공의 상류로부터 하류까지의 일환 시스템을 실현하는 것으로, 솔루션을 제안했습니다. 앞으로도 당사의 메카트로닉스 기술을 기반으로 농업·식품 가공 분야의 자동화와 데이터 활용을 실현함으로써 지속 가능한 음식의 안전과 안정 공급에 공헌하기 위해 노력하고 있습니다.
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