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닛케이로보틱스_2511호 (p16)

파스코의 시키시마제빵, 빵 제조에 처음으로 로봇 도입
머스터드 등 토핑 작업을 자동화, 개체 차이에 대응

’파스코(Pasco)’ 브랜드 빵을 생산하는 시키시마(敷島)제빵이 조리 빵(빵에 여러 가지 야채나 고기 등이 토핑되어 있는 빵) 제조에 협업 로봇을 도입했다. 간토(関東), 주부(中部), 간사이(関西) 등 주요 소비 지역의 각 공장에 도입, 생산성 향상으로 이어지고 있다고 한다. 조리 빵 제조에는 머스터드나 케첩 등을 빵 표면에 올리는 ‘토핑’ 작업이 필요하며, 이 작업은 오랜 시간 허리를 구부리는 자세가 요구되기 때문에 작업자의 부담이 컸다. 이번 로봇 도입으로 토핑 작업을 사람을 대신해 로봇이 실시하고 있다. 시키시마제빵이 식품의 조리 공정에 로봇팔을 도입한 것은 사실상 이번이 처음이다.

시키시마제빵은 완성된 제품을 케이스에 넣는 등의 포장 공정과 포장된 제품을 팔레트 위에 쌓아 올리는 물류 공정에서 이전부터 로봇을 사용해 왔다. 하지만, 조리 공정에 있어서 식품을 직접 다루는 용도에서는 지금까지 로봇 사용은 없었다.

식빵 등 생산량이 많은 제품의 제조는 로봇이 아닌 전문 기계를 통해 고도로 자동화되어 있는 반면, 그 외의 소량 다품종의 제품에 대해서는 사람이 담당하는 작업이 많아 자동화하기 어려웠다. 예를 들어, 조리 빵은 신제품이 항상 많이 등장하며, 빠르면 한달 정도 만에 생산이 종료되는 것도 있다. 이렇게 되면 특정 제품만을 위해 자동화 투자를 하기 어렵다. 또한 유통기한도 비교적 짧아 많은 품종을 연일 생산해야 하기 때문에 하루 중에 여러 번 기종 교체가 필요하다.

-- 로봇 전문 부서 발족 --
이러한 가운데 시키시마제빵은 노동 생산성을 2030년까지 2017년 대비 배증시킨다는 목표를 내걸었다. 2020년에는 시키시마제빵 기술부 안에 ‘AI∙로봇 개발 그룹’을 발족. 로봇과 AI 기술을 보다 적극적으로 활용해 나가는 체제를 구축했다.

AI∙로봇 개발 그룹은 우선, 사내에서 사람이 하는 작업을 선별. 그 중에서 현재의 로봇 기술로 자동화할 수 있는 것을 몇 개 찾아냈고, 최종적으로 조리 빵의 토핑 작업에 초점을 맞추기로 했다. 이것이 작업자의 부담 경감이 해결 과제인 작업이라는 점, 자동화할 수 있는 난이도의 작업이라는 점 등이 이유였다. 이후, 사내 벤더와 토핑 작업용 로봇 시스템의 공동 개발을 추진, 2023년 12월에 나라(奈良)현 나라공장에 처음으로 도입했다.

시키시마제빵은 조리 공정에서도 빵을 굽는 철판을 쌓아 올리는 작업을 이미 로봇팔로 자동화했다. 하지만 이것은 시판되고 있는 시스템을 그대로 도입한 것으로, 식품을 직접 취급하는 것은 아니었다. 커스텀 로봇 시스템을 개발해 직접 식품을 취급하는 작업에 로봇을 적용한 것은 이번이 처음이다.

-- 개체 차이가 큰 빵 생산 --
조리 빵은 통상적인 빵 위에 소시지나 참치 등의 재료, 케첩이나 머스터드 등의 소스가 토핑된 것이다. 빵 생지를 작업자가 반죽하고 원하는 빵 형태로 한 다음, 생지를 발효시킨다. 발효 후, 오븐 철판에 놓인 빵 생지에 재료 및 소스 등을 토핑해 나간다. 소시지를 올리는 공정은 사람이 하고 있지만, 그 외에 참치나 케첩, 머스터드, 카레 등은 이번 로봇 시스템을 통해 자동으로 토핑할 수 있도록 했다. 현재, 8~10종류 정도의 제품의 토핑에 대응하고 있다.

빵 생지 위의 토핑 공정에서는 정확한 위치에 소스를 바르는 것이 필요하다. 예를 들어, 시키시마제빵의 조리 빵 중 하나인 ‘아라비키 초리소소세지’는 중앙에 소시지가 있고, 좌측에 케첩, 우측에 머스터드가 발려져 있다. 이때 케첩과 머스터드가 소시지에 닿도록 발려져야 한다. 케첩 등이 소시지에서 떨어져 있으면, 맛있어 보이지 않는다는 판단 때문이다.

이처럼 정확한 위치에 토핑하려 할 때 가장 큰 어려움은 빵의 개체 차이이다. 사실, 빵 생지의 형태는 개체 차이가 상당히 크다. 사람이 생지를 반죽해 빵의 형태로 만들기 때문에 개체 차이가 발생하지만, 그 이상으로 발효 공정에서의 부풀어오름에 의한 개체 차이가 크다고 한다. “그날의 기온 등의 영향만으로도 바뀔 정도이다”(시키시마제빵 기술부의 무라이(村井) 치프)라고 한다.

빵 생지에 개체 차이가 있기 때문에 케첩이나 머스터드 등을 토핑할 때 그 위치를 정해놓게 되면, 개체에 따라 케첩이나 머스터드의 위치가 일정하지 않게 된다. 즉, 보지 못하는 로봇으로는 토핑의 자동화는 불가능한 것이다. 그래서 시키시마제빵은 3차원 스캐너를 이용해 빵 생지의 형태를 개체 별로 모두 측정하기로 했다. 3차원 스캐너의 슬릿광(Slit Light)을 라인을 따라 흐르는 빵 생지에 조사해 그 3차원 형태를 점군으로 취득했다.

그 다음, 점군에서 소시지의 위치를 분할해 소시지에 닿는 위치에 정확하게 케첩과 머스터드를 바를 수 있도록 했다. 시키시마제빵은 3차원 스캐너의 촬영 조건을 안정화하기 위해 덮개가 있는 타입을 이용했지만, 이후, 덮개가 없는 것으로 변경했다.

-- 신규 패턴에도 대응 --
그림 7이 이번 토핑 시스템의 전체 구성이다. 토핑 공정은 라인 상에서 발효 공정과 굽기 공정 사이에 위치해 있다. 토핑 공정은 우선, 발효 공정에서 나온 빵 생지를 3차원 스캐너로 측정. 그 다음 그 개체 별로 토핑해야 할 재료가 올라갈 위치를 산출한다.

앞에서 설명한 바와 같이 ‘아라비키 초리소소세지’의 경우, 우선 소시지의 위치를 검출해 거기에 접하도록 케첩과 머스터드를 바르는 궤적을 생성한다. 그 다음 협업 로봇팔이 토핑 재료를 공급하는 호스를 움직여 정해진 패턴으로 토핑을 실시한다.  토핑하는 패턴은 제품 별로 다르다. 신제품이 나오면 새로운 패턴을 만들 필요가 있다. 패턴은 현장의 작업자가 태블릿으로 입력∙지정할 수 있도록 했다.

시키시마제빵이 사용한 협업 로봇은 덴마크 Universal Robots의 ‘UR5e’이다. 가반 중량 5kg의 타입이다. 토핑 공정은 그다지 넓은 공간 확보가 불가능하기 때문에 공간을 차지하지 않는 기계를 선택했다. 로봇팔은 토핑용 호스와 노즐을 조작하는 것뿐이기 때문에 가반 중량이 그다지 필요 없었다.

나라공장은 협업 로봇 4대로 구성. 2024년에 도입된 지바(千葉)현의 파스코 토네(利根)공장과 아이치(愛知)현의 이누야마(犬山)공장은 6대로 구성되어 있다. 빵 생지가 올라가 있는 오븐 철판은 60 x 60cm 정도의 크기로, 로봇팔의 길이는 어느 정도 필요했다. 공간 효율성이 높은 로봇팔도 닿기 쉽도록 로봇은 라인의 양 끝에 나열되도록 배치했다.

라인의 상류와 하류에서 토핑하는 재료는 바꿀 수 있다. 토핑 재료 보충은 소시지를 올리는 것을 담당하는 작업자가 실시한다. 최초로 도입된 나라공장의 로봇 구성에서는 오븐 철판이 흐르는 컨베이어와 로봇이 분리되어 있지만, 그 다음 도입된 파스코 토네공장은 컨베이어 벨트에 로봇이 직접 연결되도록 개량해 공간의 효율성을 높였다.

-- 감각 센서도 검토 --
시키시마제빵은 토핑 로봇 도입을 현재는 나라공장, 파스코 토네공장, 이누야마공장 3곳으로 한정한다고 한다. 향후, 빵 생지를 자르거나, 늘리거나, 비트는 등 현재 사람이 하고 있는 작업을 로봇으로 자동화할 수 있게 된다면 더욱 효율적이겠지만, 이러한 작업들은 아직 현재의 로봇 기술로는 어렵다. 현재, 화상(이미지) 타입의 촉각 센서 등도 시도하고 있지만, 반응이 느리다는 문제가 있다고 한다.

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목차_Nikkei Robotics_25.11호

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파스코의 시키시마제빵, 빵 제조에 처음으로 로봇 도입
머스터드 등 토핑을 자동화, 개체 차이에 대응

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