2018年6月12~15日に東京ビッグサイト(東京国際展示場)で開催された食品機械の総合展示会「FOOMA JAPAN 2018(2018国際食品工業展)」。世界最大規模と言われる同展示会のハイライトを紹介する記事の前編では、最近話題が多いロボットに関連する自動化の動向を中心に紹介した。続く後編では、IoT(Internet of Things)やAI(人工知能)といった注目の先端技術を取り入れた自動化の話題とともに、食品業界ならではの多様なニーズを背景に生まれたユニークな装置や技術を紹介する。(伊藤元昭)

 あらゆる産業において生産性向上が大きな課題として浮上している。その解決に貢献する様々な技術の中でも特に期待が高い技術として挙がるのがIoTとAIである。今回のFOOMA JAPAN 2018でもIoTやAIに関連する自動化技術が注目を集めた。

 例えば、自動化システムの大手オムロンは、原料受け入れ後の計量・配合工程での作業ミス防止などに活用できるIoTシステム、「QI TECH」を展示した。チョコレート工場などでは、受け入れた原料を生産する製品ごとのレシピに沿って計量・配合し、それぞれの製造ラインに投入している。従来は、手書きのチェック票と照合しながら人手で作業を確認していた。このため、原料の入れ忘れや入れ間違いといった事故の可能性を完全に排除することが難しかった。特に生産品目の変更時などでは、こうした事故が起きる可能性が、どうしても高まる。

 QI TECHでは、原料の種類や量、賞味期限などの情報を記録したQRコードを印刷したラベルを、原料が入った袋に貼り付けて管理する(図5)。QRコードから読み取ったデータを、IoTの概念に基づくシステムで統合管理したうえで、様々な情報や指示を現場に提供する。例えば、計量時には、ハンディターミナルでQRコードを読み取り、正しい原料をレシピ通りの分量で計量されていないと、次の配合工程に移れない仕組みになっている。これによって、ミスの発生を防ぐと同時に、トレーサビリティーも実現した。また同社は、品質とトレーサビリティーを一段と高める技術として、現場作業員が被る帽子に個人を判別するカラーコードを付けて人の動きを管理する技術もQI TECHと併せて展示していた。

図5 工場でのモノと人の動きを管理するIoTシステム
(左)原材料などの情報をQRコードで記したラベル、(右)作業員の帽子に付けたカラーコードをカメラで検出することで人の動きを識別・記録するシステム (撮影:坂野昌行)

食品業界でも注目を集めるAI

 AI使って食品に混入した異物を自動的に検出する技術を展示したのが、はかりメーカーのイシダである(図6)。同社が展示したのはX線検査装置で、食品を撮影した画像からAIを使って異物を高精度で判別する。

図6 AIを使ったX線異物検査技術
(左)イシダのX線検査装置「IXシリーズ」、 (右)標準的な画像認識とAIによる 画層認識の比較 (撮影:坂野昌行)

 雑然と置かれたウインナーなどの中に異物が紛れ込んでいても、それをX線検査装置で調べ、画像を人間が目視すればすぐに発見できる。ところが、この作業の自動化は、思いのほか難しい。従来の画像認識技術では高精度での判別が困難だったからだ。特に検査対象が乱雑に重なっていたり、凹凸のある形状だったり、不ぞろいだったりすると、誤認識が発生する可能性が高まり、検出精度がどんどん落ちてしまう。

 イシダは、これまでにも「遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithms:GA)」を応用した、高精度の自動検出プログラムを開発していた。そして今回同社は、判別にディープラーニング(深層学習)を応用することで、さらに精度を向上させることに成功した。ただし、同社によると、実用化までにはさらなる改善が必要だという。「特に運用が難しい。利用企業ごとに検査したいモノが異なるため、用途ごとに学習させる必要がある。ところが実際の現場で学習させるための手法は、まだ確立されていない」(イシダ)。

包装と製造技術の両輪で高付加価値化

 IoTやAIのような先端技術だけでなく、長年にわたって鍛えた独自のノウハウを駆使して、食品業界のニーズに応えた企業の展示も来場者の注目を集めていた。例えば、消費者に付加価値を提供する高機能なパッケージと、それを使った包装工程を自動化する一連の技術をアピールしていたのが、産業用の機器や装置を手掛けるCKDだ。同社は、単に食品を封止するだけでなく、消費者に向けた付加価値を高める機能を備えたパッケージを提案。同時に、そのパッケージに対応した自動包装装置を開発した。具体的には、手を汚すことなく片手でパッケージから直接料理にタレやドレッシングをかけることができるようにした「Vパック」と、近年広く普及してきたカートリッジ式コーヒーメーカー用の新構造パッケージ「MESH in CUP」。さらにそれらに対応した自動包装システム「エコブリスタCFF-360E」である(図7)。

図7 パッケージの高機能化と自動化を両立
(左)新開発のコーヒー・カートリッジ、 (右)全自動包装システム「エコブリスタCFF-360E」 (撮影:坂野昌行)

 付加的な機能をパッケージに持たせようとすると、パッケージの構造や形状が複雑化しがちだ。そうなると包装工程も複雑になり、自動化は難しくなる。つまり、機能性を備えたパッケージを実現するには、パッケージと包装システムを両輪で開発する力が必要になる。例えば、CKDが展示したMESH in CUPは、コーヒーを抽出する際に使うPET不織布製のフィルターが内部に組み込まれている。「おいしいコーヒーを抽出するためには、容器とフィルターの構造を精緻に作り込み、厳密に管理された条件の下で封止する必要がある」(CKD)。同社は、この条件を念頭に合理的なパッケージ構造を新たに開発。同時に、容器やフィルターの成型、コーヒーの充填、上蓋シール、トリミングなど一連の製造工程を自動化する技術を開発した。これらによって、1分間で180個のカートリッジを製造できる高効率の自動化ラインが実現できる。

気軽に使える検査装置で万全のHACCP対策

 電子はかりなどを提供している寺岡精工は、食品工場内のまな板や作業台上の、目に見えない食品残渣(ざんさ)の検査を効率化できる装置を展示した(図8)。

図8 食品残渣や生菌を工場内で簡単に検査
(左)寺岡精工の食品残渣検査装置、 (右)基準を超える残渣が検出されると警告を発する (撮影:坂野昌行)

 工場内のまな板などに食品残渣が残り、そのまま放置すると、そこで細菌が増殖してしまう可能性がある。このため、見た目のきれいさだけではなく、見えない大きさの残渣も見逃すことができない。現状では、しっかりと清掃できていることを確認するため、綿棒で10cm角の領域をこすり、それを試薬に入れた時の反応をみて判定していた。ところが、この方法では、調べる人の力加減やこする領域のズレによって、残渣の数値にばらつきが生じる。

 今回同社が展示した装置は、リアルタイムに残渣を「見える化」することができる。しかも、特別なノウハウは不要なので、属人的な計測のブレは生じない。原理は、測定領域に励起光を均一に照射し、汚れが残る部分が発する蛍光を補足して画像処理して見せるというもの。「HACCP(食品衛生管理の国際基準)義務化を見据えて衛生管理にかかる作業の負荷が増えるのは確実。この装置ならば、写真を撮るような簡単な操作で、残渣をチェックできる。これまでよりも高頻度に、しかも気軽に残渣の計測ができようになる」(寺岡精工)。

 同社は、同じ原理を使って、肉に付着した生菌を計測する装置も展示した。生菌の検査は残渣検査よりもさらに大変で、これまでの検査では、品質管理の専門家が、特殊な機械を使って食品をペースト状に加工し、菌を48時間も培養してから目視検査していた。この方法の場合、検査結果を得るのに4日間も要していたが、展示した装置ならば5分以内で終わる。

誰もいない夜間に床を隅々まで洗浄

 高圧洗浄機などを提供している有光工業は、食品工場の床を泡で自動洗浄する装置を出展した(図9)。食品を扱う現場では、良い衛生状態を維持するために床の洗浄が欠かせない。だが、この作業は楽とはいい難い。特に作業台や多くの設備が雑然と置かれた工場の中は、床を清掃するのに難儀する。そのうえ作業台や設備の下側は、清掃用のデッキブラシなどが奥まで入らない。このため、隅々まで清潔な状態を保つのが難しく、こうした場所も含めてくまなく清潔にするには、どうしても手間とコストが掛かっていた。こうした問題を解決するために開発した泡洗浄システムでは、作業が終わった後にスイッチを押して帰れば、汚れがこびりつく前に汚れを洗い流し、清潔な状態を維持できる。

 床の泡洗浄自体は古くからある技術だ。ただし、これまでは洗浄剤を含んだ泡を流すために別途、コンプレッサーと呼ばれる装置を設置する必要があった。同社の製品は、このコンプレッサーを備え付けていない現場にも、後付けで設置できるように設計されているのが大きな特徴だ。

図9 工場の床を定期的に泡で洗浄して清潔な状態を保つ
(撮影:坂野昌行)

 形状や品質が不ぞろいな原料を扱うことが多いうえに、徹底した衛生管理も求められる。さらに市場の変化に追随するために変種変量生産にも対応しなければならない食品業界の生産現場。様々な業界の中でも特に厳しい条件の中で多くの課題を抱えているからだろうか。この業界をターゲットにしたFOOMA JAPAN 2018では、出展企業の独自のアイデアや工夫を生かしたユニークな製品や技術を随所で見ることができた。異分野で培われた技術の可能性に期待する技術者にとって注目すべきイベントの一つと言えよう。