최근 우리는 미국 소 수입과 관련해 광우병 문제가 대두되며 촛불문화제라는 독특한 문화를 만들어냈다.
이 같은 상황에 대해 농림수산부 장관은 “우리나라 국민들의 식품안전에 대한 의식수준이 이렇게 높은 줄 몰랐다”는 말로 사과를 대신했는데, 이는 비단 광우병에만 한정된 것은 아니다.
앞으로 더 똑똑해지고 더 깐깐해지는 소비자의 입맛을 맞추기 위해 식품/포장산업에서의 위생관리는 더욱 철저하게, 생산성은 더욱 높일 수 있는 자동화시스템에 대한 요구가 소비자의 그것만큼 높아졌다.
산업 전반에 사용되는 ‘로봇’은 이번에도 이 안에서 식품/포장업계의 고민해결사로 나서고 있다.
미래 자동화 공정이 식품산업에 미치는 영향
영국의 산업혁명으로부터 일어난 생산 및 기계공학이 시대를 따라 자동화 및 소형화, 단순화 공정으로 접어들고 있지만, 산업계는 다양한 소비자들의 요구와 필요에 맞춰 식품공학과 포장 및 안전과 환경에 대한 부분까지 노력을 기울이지 않으면 안 된다.
그러나 식품산업은 외적인 압력을 많이 받는 산업 중 하나로, 고객의 필요에 따라 중간처리 공정이 도입되면 제품의 가격에 영향을 미치게 된다. 그리고 포장 및 단위 공정 자동화에 대한 필요성은 더욱 증가하고 있지만 자동화 설비 투자비용과 가격 조절 사이에서 세심한 조절이 필요하다.
·식품산업과 로봇자동화 시스템
2006년 세계 로보틱스 조사결과, 2005년 식음료 산업에 70종의 로봇을 판매하였으나 이 수치는 독일의 3,500개와 비교하면 아주 적은 것이다.
과거와는 달리 로봇은 단순한 기계조작에서 벗어나 다른 공정과 연관하여 정보를 처리하는 기능으로 발전하고 있으며, 인간의 지능을 접목시켜 인지과학 시스템으로 만들어지고 있다.
한 예로 제품의 판매량에 따라 자동화 설비를 효과적으로 운용하며 낭비적인 요소를 프로그램화 하여 유연성을 갖도록 하면서 생산성을 증가시키는 시스템으로 개발되고 있다.
특히, 3차원 묘사 기술까지 다양하게 구사하며 안전과 환경 분야까지 고려하여 인간처럼 지적인 로봇으로 만들어지는 것이다.
이런 추세에 따라 기술 개발과 혁신의 이념에 기초하여 하드웨어와 소프트웨어의 개발로 로봇 가격 또한 낮아져서 향후 산업 전반에 확산될 것은 분명하다.
이렇게 되면 고정 투자비 회수에 대한 부담은 줄어들게 되어 자동화는 빠른 속도로 음식을 담는 용기, 음료수, 요구르트, 디저트 쟁반 분야까지 확대 적용될 수 있다.
새로운 기술 도입으로 식품에 있어서 중요한 온도 제어에 대한 문제들도 해결되어 건강과 안전에 관련된 분야까지 제어될 것이다.
식품/포장산업 시장에서의 ‘매트리얼 핸들링 로봇’의 성장
중소기업과 식품, 음료, 제약과 같은 소비자 시장은 매트리얼 핸들링(Material Handling)에 있어 로봇을 사용할 막대한 잠재력을 가지고 있다.
따라서 이와 같이 전통적으로 보수적인 산업들은 로봇이 인건비를 줄이고 매출량 변동에 대응한 생산라인의 변동을 잘 처리할 수 있을 것으로 기대되어 로봇업계의 주목을 받고 있다.
·식품/포장산업 시장에서의 매트리얼 핸들링로봇 성장
하이테크 분야에서 컨설팅과 시장 조사를 전문으로 하고 있는 미국의 리서치 회사 프로스트 앤 설리번(Frost & Sullivan)에 따르면 유럽의 매트리얼 핸들링로봇 시장은 2004년에 5억 9150만 유로(약 7140억 원)의 수익을 거두었으며, 2012년에는 9억 9천만 유로(약 1조 2천억 원)에 이를 것으로 추정된다고 밝혔다.
특히, 소비자 시장과 관련된 포장 산업의 급속한 발전은 로봇에 있어 막대한 잠재력을 제공한다. 
제품형태의 변경, 생산량의 변동 등은 필연적으로 유연 자동화(flexible automation)를 필요로 하기에 소비자 시장 분야의 제조업체들은 비용을 줄이면서 품질을 유지하기 위해 로봇자동화 시스템에 투자하고 있다.
이러한 경향은 식품/포장 시장에서 로봇판매량을 증대시키고 있다.
이는 자동차 분야에서의 수요가 부진하면서 점점 많은 로봇 제조업체들이 성장을 위해 식품, 음료, 생명 과학 분야로 옮겨가는 분위기를 보이며 경쟁을 더욱 심화시키고 있다.
대부분의 중소기업은 유연한 자동화 시스템(Flexible Automation)에 대한 대규모 투자를 감당할 수 없으나, 변덕스런 최종 소비자의 수요에 지속적으로 맞춰가야 하기에 ‘유연성’은 필수조건이라 할 수 있다.
이 같은 사실에서 볼 때 단기적으로 로봇 제조업체들의 성공은 중소기업들에게 신뢰성 있고 저렴한 로봇을 제공하기 위한 노력 여하에 달려 있다.
·자동차산업에서의 로봇수요 감소… 식품/포장산업으로 이어져
2003년과 2004년에 자동차 분야에서의 수요 감소로 로봇 제조업체는 지속적인 수익 확보를 위해 자동차 분야에 대한 의존을 중단시켜야 했다.
자동차 분야의 특정 시장에 집중하는 로봇 제조업체들은 좀 더 일반적인 접근 방법을 채택하고, 수익을 회복시키기 위해 새로 부상하는 시장을 살펴보기 시작한 것이다.
자동차 부분은 전통적으로 제조 분야에서 유연 자동화의 가장 큰 사용자이며, 대부분의 로봇 제조업체는 이 부문에 종사하고 있었으나 점점 강력한 경쟁과 가격 압력, 수요 감소 등은 자동차 분야에 집중하는 로봇 제조업자들에게 불리하게 되었다.
그래도 자동차 분야에 집중하는 로봇 제조업체는 자동차 분야에 참여하는 일반적인 로봇 제조업체와 경쟁하는 데 있어 막대한 기술적 노하우, 성공적인 가격 전략, 경험 등을 가지고 있어, 그들이 가진 매트리얼 로봇시스템을 중소기업 시장에 집중한다면 큰 성과를 올릴 수 있을 것이다.
해외의 식품/포장산업 시장에서의 로봇 어플리케이션
·일본 - 연약하고 부정형인 김밥과 초밥을 핸들링하는 로봇 시스템
지금까지는 불가능했던 김밥과 유부초밥을 도시락에 담아내는 로봇이 일본에서 선보였다.
이 부분은 위생문제를 제외하고라도 식품이 연약하고 부정형(不定形)인 관계로 기계의 힘 조절로는 잡아내기 힘들었던 종류였기에 인력에 의지할 수밖에 없었던 것이 사실이다.
하지만, 이제 식품을 제조해내는 자동화 기계를 통한 유부초밥은 로봇의 핸들링을 통해 직접 정렬되어 이미 같은 과정을 거친 김밥 옆에 나란히 채워질 수 있게 되었다.
김밥 4조각과 유부초밥 3개가 담겨진 도시락을 로봇자동화로 대응하게 된 이 시스템은 각각의 장치가 단독으로 운전되며, 생산시간을 단축하는 것은 물론 정확한 생산계획을 세울 수도 있다.
또한 직접 식품에 접하는 핸드의 부분은 간단하게 분리해 세정할 수 있으며, 식품로봇용 하이브리드 액추에이터 시스템을 사용하고 있다.
제작된 도시락은 슈퍼, 편의점, 도시락 체인 등에서 팔리고 있는데, 일본은 특히, 편의점 도시락을 24시간 365일 계속 공급하기 위해 공장을 쉼 없이 운영하기에 심야의 노동력 확보도 큰 문제가 되고 있었다.
따라서 이 같은 로봇시스템은 로봇자동화의 새로운 어플리케이션을 제시하며, 그 가능성을 높여주었다고 평가된다.
그동안 부정형의 연약한 속재료를 사용했던 도시락에 로봇자동화를 성공했다는 것은 확실한 시장 확대를 기대해도 좋다고 이야기하기도 한다.
이 로봇시스템의 스펙은 다음과 같다.
- 기계 치수：2600mm×2350mm×1850mm
- 생산량 : 김밥 720트레이/시
：유부초밥 600트레이/시
·일본 - 식품제조 프로세스의 혁명, 코바드의 ‘매직핸드’
일본의 식품기계 메이커 코바드의 고바야시 마사오 사장은 2003년 ‘매직핸드’라고 불리는 기계를 발명했다.
이 제품은 속재료를 발효된 반죽으로 감싸 팥빵이나 도넛, 중화만두 등을 만드는 기계다.
이 과정을 자동화한다는 것은 인력을 줄일 수는 있지만, 사람 손을 대신하는 것이라 몇 가지 큰 문제점이 동반된다. 우선 반죽을 손상시킬 수 있어 구울 때 부풀어 오르지 않을 수 있으며, 절단 후 형태가 나쁘거나 정돈하는 시간이 오래 걸릴 수 있다. 따라서 지금까지 인력에 의지할 수밖에 없었다.
그러나 고바야시 마사오 사장은 같은 품질로 안정적인 생산을 할 수 있기를 바랐고, 매직핸드를 개발한 것이다.
그는 얇게 넓힌 반죽의 중앙에 속재료를 떨어뜨려 사람의 손과 같이 감싸는 방법을 발명했다.
이 방법은 사람의 그것과 크게 다르지 않았고, 오히려 더 나은 결과를 가져왔다.
생산 공장에 있어서 자동화의 효율은 두 말할 필요가 없다. 매직핸드의 도입은 수 십명의 인력을 대신했고, 그 생산성은 5~10배까지 향상되었다.
또한 사람이 할수 없었던 스튜 등의 액체 속재료를 이용한 것까지 만들어냈다.
이 자동화 시스템은 이미 사람의 영역을 넘어서고 있는 것이다.
이 제품은 벌써 중국시장 진출을 준비하고 있다. 제조업용 로봇시장으로 세계를 장악한 일본이 또 다른 시장인 식품산업의 로봇자동화까지 넘보고 있는 것이다.
·이탈리아 -피자 피킹로봇
이탈리아의 로봇 SI 업체인 Vortex는 이탈리아의 피자생산 기업에게 냉동피자의 자동화 패키지 시스템을 설계해달라는 요청을 받고, 이를 실현해냈다.
냉동고에서 나온 피자는 작은 상자를 채우러 가기위해 컨테이너를 통해 옮겨지는데, 여기서 삼각형과 원형, 타원형의 3가지 피자를 핸들링 해야 하는 매우 중요한 과제가 로봇자동화 시스템의 관건이었다.
게다가 고객인 피자생산 기업은 측정할 수 있는 유연한 시스템을 원하기도 했다.
Vortex는 이 부분을 ABB의 신제품을 적용해 해결할 수 있었다.
이를 위해 로봇은 컨테이너 라인의 움직임을 읽어내야 했고, 로봇 끝의 그리퍼도 특별히 섬세하게 피자를 집어내야 했다. 이는 라인 위의 피자를 패키지까지 옮기는 일에서 매우 중요한 부분이었다.
Vortex Systems는 이 작업에 ABB의 IRB340 FlexPicker로 대응할 수 있겠다고 생각하여 ABB의 PickMaster 소프트웨어를 통한 비전시스템을 결합하여 적용했다.
FlexPicker는 속도와 유연성에 있어 탁월한 효과를 주는 로봇으로, 1분에 120개 이상의 제품을 하나씩 핸들링 하며 위생적인 디자인을 갖는다는 특징을 갖는다.
또한 PickMaster 비전 소프트웨어는 로봇에게 눈의 기능을 부여하는데, 컨베이어 벨트 위에 옮겨진 피자를 줍기 위해 로봇이 그 위치를 알 필요가 있기에 꼭 필요한 기능이었다.
이 시스템에는 Cognex 비전 시스템을 이용했으며, 초급 로봇 프로그래머들조차 최대 8대의 로봇과 카메라 및 컨베이어 벨트의 프로그래밍을 매우 쉽게 사용할 수 있는 PC 베이스 소프트웨어 패키지인 PickMaster도 큰 도움이 되었다.
로딩 시스템에는 각각 카메라와 PickMaster가 있는 2대의 FlexPicker 로봇을 적용했는데, 시스템의 용량을 업그레이드하고 싶다면 3번째 로봇을 추가로 설치할 수 있는 여유가 있었다.
이탈리아에서 처음으로 성공시킨 이 피자로딩 시스템의 성공요인은 ‘그리퍼 디자인’에서 찾을 수 있다.
이 프로젝트에서는 2가지 타입의 그리퍼를 사용했는데, 손가락과 같은 그리퍼와 보다 빠른 진공 그리퍼가 그것이다.
각 로봇은 이 그리퍼로 분당 60~80개 피자까지 커버했는데, 만약 세 번째 로봇을 라인에 추가했다면 이 시스템은 최대 240개의 피자를 1분 동안 처리할 수 있었을 것이다.
또, 카메라와 Cognex의 비전 시스템은 기존의 자동화시스템과 같이 사전 교섭을 필요로 하지 않았고, FlexPicker 로봇과 비전 시스템만으로 피자의 위치를 찾아 위치를 로봇 컨트롤러에 제공함으로써 모든 과정을 처리했다.
즉, 보다 적은 주변장치를 필요로 하는 로봇 시스템인 것이다.
·영국 -치즈포장 공장의 로봇
2005년 미쓰비시전기(Mitsubishi Electric)는 영국 링컨셔(Lincolnshire)주에 있는 치즈 포장 공장에 로봇을 공급한 적이 있다.
영국의 티이씨 매뉴팩처링(TEC manufacturing)이 공급하고 개발한 6축 로봇인 RV6SL은 성탄절 이후에 운영되기 시작하여 매주 6일 동안 하루에 16시간 일을 했는데, 초당 최대 9,500mm의 속도로 작업을 할 수 있으며, 다양한 치즈를 다루고 포장할 수 있었다.
6kg의 가반하중과 900mm 이상의 리치를 자랑했던 로봇은 유연성과 다양한 제품을 다룰 수 있는 능력으로 제조업자에게는 큰 매력덩어리였다.
이 티이씨의 로봇 공급 계약은 벌써 3년 전의 이야기지만 식음료 산업에서 로봇이 어떻게 점점 인기를 얻어가고 있는 가를 보여주는 좋은 예가 된다.
이전에는 결코 로봇 및 자동화 솔루션을 식품 산업에서 볼 수 없었지만 올해 초에는 이에 대한 관심이 커지고 있고, 이러한 현상은 제조 시설을 영국에서 동부 유럽과 같은 저비용 국가들로 이전하는 공장의 이전 현상을 억제할 가능성도 높이고 있다.
중소기업과 식품, 음료, 제약과 같은 소비자 시장은 매트리얼 핸들링(Material Handling)에 있어 로봇을
사용할 막대한 잠재력을 가지고 있다.
따라서 이와 같이 전통적으로 보수적인 산업들은 로봇이 인건비를 줄이고 매출량 변동에 대응한 생산라인의 변동을 잘 처리할 수 있을 것으로 기대되어 로봇업계의 주목을 받고 있다.
냉동고에서 나온 피자는 작은 상자를 채우러 가기위해 컨테이너를 통해 옮겨지는데, 여기서 삼각형과 원형, 타원형의 3가지 피자를 핸들링 해야 하는 매우 중요한 과제가 로봇자동화 시스템의 관건이었다.
