世界最大級と言われる食品機械の総合展示会「FOOMA JAPAN 2018(2018国際食品工業展)」が東京ビッグサイト(東京国際展示場)で2018年6月12~15日に開催された。野菜をきれいに安全に洗う洗浄機、出来上がったお菓子を効率よくパッケージに詰める包装機など、会場には高付加価値や効率化を支える自動化装置などがずらりと並んだ。その中でも注目を集めたのがロボットやIoT(Internet of Things)システムなど高度な技術を使った先進的な自動化技術である。変種変量生産と効率化の両立という難しい課題を食品業界が抱えていることを受けて、その解決に向けた斬新なアイデアや工夫が随所に見受けられた。その中には食品以外の業界への横展開の可能性を感じさせる技術も少なくなかった。(伊藤元昭)

 テレビのバラエティー番組などで、大量の食品を次々と生産する食品製造工場の自動化機械を見たことがある人も多いのではないか。大量のお菓子を焼き続ける。すごい速さでキャベツを刻む。あざやかに魚をさばくことなどができる。こうした専門的な作業を上手にこなす機械が動く様子は、とても興味深い。FOOMA JAPAN 2018には、そんな自動化機械、しかも最先端の機械が数多く出品された(図1)。

図1 食品を扱う様々な装置が登場
(撮影:坂野昌行)

アイデアや工夫が生まれる食品業界

 食品業界の生産現場では、効率化に向けて、自動化装置が積極的に投入されている。生産工程の自動化は、食品業界に限った動きではないが、食品を扱う工程の自動化においては特有の課題がある。このためか食品製造の分野では、ユニークな工夫や斬新なアイデアを取り入れた装置が目立つ。

 食品製造特有の課題は、大きく3つある。1つめは、形状や品質が不ぞろいな原料を扱うことが多いこと。例えば、キュウリは、大きさ、曲がり具合、熟成度、収穫季節によっての品質などが異なっていて当たり前。こうした違いに、いかに柔軟に対応しながら自動化するかが重要になる。

 2つめは、生産ラインや装置の入れ替え、生産条件の再設定が頻繁に起きること。消費者の嗜好の変化や流行に応じて生産品目を変更する必要があるからだ。このため、自動化装置にも機能の柔軟性が求められる。

 3つめは、徹底した衛生管理が求められること。元々、人間は食品生産ラインにおける最大の汚染源であるため、基本的には自動化を推し進めれば一段と衛生的になる。近年では、食の安全に対する消費者の意識が高まってきたことに加えて、食品の製造における安全・衛生管理手法「HACCP(危害分析・重要管理点)」の導入を義務付ける動きがあることから、衛生にまつわる生産現場の作業負担が増している。これとともに衛生管理の自動化、効率化も一段と強く求められるようになった。

 実際に、こうした食品業界の特異性に対応することを狙った提案が、FOOMA JAPAN 2018の各社ブースに散見された。特定の作業に特化した効率化に向けた自動化機械に加えて、ロボットなど汎用性の高い自動化機械。人でなければ対応できない作業を支援する機械。高度な衛生管理を効率的に進めるための検査装置や情報管理システムなどである。

 ここでは、FOOMA JAPAN 2018に出品された展示物の中から、食品業界のトレンドが垣間見えるいくつかの展示を紹介したい。

触覚を持てばデリケートな食材を扱える

 柔らかく、しかも固さが異なるモノを、ロボットで自動的に扱うことができる技術を展示したのが、ボトリングシステムなどの製作で知られるシブヤマシナリーである。人の触覚に当たる知覚能力をロボットに付加し、扱っているモノの感触を確かめながら、握る力を瞬時に高精度で制御できるようにした。同社ブースでは、形状が様々なうえに、物理的な刺激で傷みやすいことから、ロボットで扱うことが難しいとされているいちごをつまみ、トレーに移送するデモを披露していた(図2)。

図2 「触覚」を備えたロボットで柔らかい果物も扱える
(撮影:坂野昌行)

 同社は、慶應義塾大学のハプティクス研究センターの研究成果を応用して、ロボットに触覚を持たせた。これまでは、モノの硬さなどを検知する手段として、トルクセンサーが使われることが多かった。今回披露した技術では、こうした特別なセンサーは使わず、ロボットハンドを動かす駆動システムから得られる情報から感触を検知している。具体的には、サーボモーターを制御するエンコーダーと呼ばれる機器が出力する機構系の位置情報を利用した。「センサーを使わないのでコストを抑えられるうえに、部品点数を減らすことでシステムの信頼性が高めることができる。さらに感触の検知とロボットを駆動するモーターの制御が1つのシステムになっているので、検知と制御に間に生じるズレを最小限に抑えられるという利点もある」(シブヤマシナリー)。しかも、ロボットが自律的に制御を最適化するので、扱うものが変わっても柔軟に対応できる。既に、いちごの他にも、豆腐、ポテトチップスなどを扱った実績があるという。

猫の手も借りたいときに使う小型汎用ロボット

 産業用ロボットなどを開発・製造するデンソーウェーブは、同社の小型汎用ロボット「COBOTTA」を使って、ロボットと人が協働して卓上で餃子を作るデモンストレーションを披露した(図3)。あらかじめ用意した餡を皮で包み、出来上がった餃子をトレーに運ぶまでの一連の作業を、食卓程度のスペースに置いた2台のCOBOTTAと人が連携して進める風景は、汎用ロボットを利用した自動化が工場だけでなく外食店舗や家庭にも広がる可能性を感じさせた。

 餡を皮で包む工程では、4基の補助装置を使う。この装置は縁が波型になったフライパンのような形状をしており、持ち手を持ち上げると、本体が半分に折れ曲がる。最初に、1台のロボットが餃子の皮を1枚ずつ吸着パッドでピックアップして、広げた状態の4基の補助装置の上に置く。その作業を追いかける形で、先端にスプーンを取り付けたもう1台のロボットが容器から1個分ずつ餡をすくい上げて、皮の中央付近に順番に餡を置いていく。皮を置く作業が終わったロボットが、先端部を吸着パッドから、水で湿らせたスポンジを取り付けた専用器具に取り換え、補助装置の上にある皮のふちを順番に水でぬらす。さらに、その専用器具の端で引っ掛けるようにして持ち手を持ち上げて補助装置をたたむ。

 その一方で、もう1台のロボットは、スプーンをヘラに持ち替え、それを使ってたたまれた補助装置を1つずつ押さえていく。この間に、皮を水で濡らす作業をしていたロボットは、専用器具を細長いスプーンに持ち替える。この後、2台のロボットが分担して、たたまれていた補助装置を開くと、餃子が完成する。出来上がった4個の餃子を2台のロボットが連携して、順番にピックアップして、トレーの上に並べる。この一連の作業をこなす装置や、COBOTTAの制御プログラムは愛知工業大学の学生が開発したものだ。

図3 小型汎用ロボットで餃子を作る作業を自動化
(撮影:坂野昌行)

 餃子を包むスピードだけなら、専用の餃子製造機には敵わないが、同じロボットを必要に応じて様々な用途の自動化に活用できる点が、この装置の見逃せないポイントだ。COBOTTAは、極めて汎用性の高いロボットであり、約4kgと軽量で、人がいるところで動かしても安全な筐体を採用している。「ロボットに関する知識に乏しいユーザーでも、アーム部を直接動かして動作を教えるだけで、作業を簡単に覚えさせることができる。このため、人間が行っている多様な作業を気軽にロボットに任せることが可能になる」(デンソーウェーブ)。「猫の手も借りたい」ようなシーンで、「猫の手」ならぬ「ロボットの手」を借りる時代はそう遠くないのかもしれない。

そもそも人手をかけたくない

 飲料の生産ラインの最終工程に欠かせない抜き取り検査を自動化する技術を披露したのが、産業用ロボット大手の安川電機である(図4)。飲料の生産設備では、製品の中に菌が混入していないことを確かめるために、生産ラインから人が無作為に抜き取った製品を開封して中身を検査する生菌試験を実施する。この検査は熟練者が担当することが多いが、それでも検査の精度を高めるのは難しいという。「そもそも人には多くの菌が付着しているので、どんなに気をつけていても検査結果が不正確になる恐れがある」(安川電機)。そこで検査作業を汎用ロボットで完全自動化することで、効率化と高精度の両立を図るというのが同社の提案だ。

図4 汎用ロボットを使って生菌試験を自動化
(撮影:坂野昌行)

 展示したシステムでは、殺菌/滅菌したロボットを2台使い、双方を連携させながら検査作業の複雑な動きを器用にこなしていた。検査の自動化に専用機を使わず、汎用ロボットを使っているのは、1台で検査工程中の様々な作業を自動化できるからだ。検査対象が変更されても機構系を変えることなく柔軟に対応できるという利点もある。

 食品製造の現場に革新をもたらす可能性を秘めた技術は、ロボットだけではない。様々な分野で注目を集めているIoTやAI(人工知能)を取り入れた革新的な技術も、今回のFOOMA JAPAN 2018に複数登場した。それらについては、後編で言及する。(後編に続く)