오늘날은 새로운 기술이 범람하고 있다. 자동화 기술과 정보 기술 역시 그렇다. ‘과학이 우리를 기다려주지 않는다’는 말이 나올 정도다.
자료｜오토메이션 월드

<목차>

1. 레시피 관리 및 일괄처리 소프트웨어

3. 자동화와 설비종합효율(OEE)의 결합

4. 미끄럼방지 장비 사용

5. 자동화 및 계획 관리

6. 스마트한 장치 및 자산 관리

7. 통신 및 모바일 노동(Workforce)

5) 미국 식품안전법을 준수하는 자동화 설계법

6) 식품안전 요구사항을 충족하는 여섯 가지 팁

7) 식품안전 관리를 위한 추적관리 자동화

8) 식품안전에서 장비 및 포장의 역할
1) 위생기계의 10가지 주요 설계법

이제는 공급업체가 미국 식품안전현대화법과 궤를 같이 하는 다양한 표준을 준수함으로써 식품 관련 업체들을 지원하고 제몫을 충분히 해낼 수 있다. 2000년대 초반에 기기설계 대책위원회에 의해 제정된 ‘위생 설계의 10가지 원칙’이 공급업체가 활약한 대표적 예다. 대책위원회에는 기술자와 품질관리자 그리고 위생개선가 및 위생학자 등이 대거 포함되어있다. 위원회의 목적은 장치의 위생적인 측면을 높여 잠재적인 불안요소를 제거할 뿐 아니라 식품의 유통기한을 늘리는 등 제품 수명을 늘리는 것이었다. 이들이 만든 원칙은 미국 식료품제조업체연합회(GMA; Grocery Manufacturers Association) 및 저 수분 음식 설계·장비 기관 등의 지지 및 지원을 받아 널리 퍼졌다.

이러한 원칙 및 관련 체크리스트는 미국식품의약국에서도 유용하게 사용할 수 있다. 미국 농무성의 규제 하에 놓이는 가축 및 가금류 고기 공장 등에서 새로운 위생을 충족하기 위한 도구로도 쓰인다. 원칙은 다음과 같은 규칙을 따른다.

① 미생물학적 수준으로 청결할 것. 식품장비는 장비 수명 전체에 걸쳐 효과적이고 효율적인 세정 작업을 보장해야 한다. 또한 장비는 제품과 직접적으로 닿는 부분이든, 닿지 않는 부분이든 세균이 유입·생존·성장·재생하는 것을 방지해야 한다.

② 적합한 재료 및 재질로 장비를 만들 것. 장비를 구성하는 구조 물질은 제품·환경·청소 및 살균제 재질·청소 및 살균방법 등에 적합한 것으로 구성해야 한다.

③ 검사·유지보수·세정·위생관리 등이 용이할 것. 별다른 도구 없이도 장비를 구성하는 모든 부품 부분에 걸쳐 점검·청소·유지보수 등을 실현할 수 있어야 한다.

④ 수분을 제거할 것. 자가배수장치를 탑재함으로써 고인 물에 숨어있던 박테리아가 장비에 남아 성장 및 번식하는 것을 방지해야 한다.

⑤ 구멍은 반드시 막을 것. 장비의 프레임이나 롤러 등에 있는 빈 부분을 제거하거나 영구적으로 밀봉하는 편이 바람직하다. 볼트·못·설치대·브래킷·접합 박스(Junction Box)·표찰·엔드 캡·슬리브 및 여타 부품들을 제품 표면에 용접 혹은 완벽하게 접합함으로써 조립으로 인한 구멍이 남지 않도록 한다.

⑥ 틈이 없을 것. 장비 내부에서는 그 어떤 틈도 불허한다. 패임·균열·부식·녹·우묵하게 들어감·갈라짐·덧붙임·돌출·볼트 고정 등으로 인해 발생하는 틈을 막아야 한다.

⑦ 위생적으로 작동할 것. 장치가 동작하는 동안 비위생적인 상태를 예방함으로써 박테리아의 번식을 막아야 한다.

⑧ 인클로저의 위생적인 설계를 유지할 것. 장치 전체를 원활하게 유지하기 위함이다. 유지보수 인클로저 및 각종 버튼·밸브 손잡이·스위치·터치스크린 등의 인간 기계 인터페이스 장비는 식품 제품이나 물 혹은 여타 액체가 기계 내·외부에 스며들거나 축적되지 않도록 설계되어야 한다. 또한 인클로저를 물리적으로 설계할 때에는 장치 내에 이물질을 생성 및 축적하지 않기 위해 경사진 면을 활용하는 것이 바람직하다.

⑨ 위생적 측면에서 다양한 설비체계와 호환할 수 있을 것. 장비 설계는 여타 장치 및 장비와 위생적으로 양립할 수 있어야 한다. 전기·유압·증기·공기·물 등 다양한 형태와 결합할 수 있어야 함은 물론이다.

⑩ 세척 및 살균 계획을 수립·입증할 것. 세정 및 위생관리에 관한 절차는 알기 쉽고 명확하게 작성해야 하며 보다 효과적이고 효율적으로 설계 및 검증되어야 한다. 또한 세척 및 살균 작업용으로 사용하는 화학물질은 장비 및 제조환경에서 문제없이 호환할 수 있는 것이어야 한다.
2) 정치세척 시스템을 향상시키기 위한 7가지 방법

정치세척(Clean-In-Place) 시스템의 효율을 높이고 비용과 폐기물을 줄일 수 있는 방법이 있다. 더 나은 정치세척 시스템을 구축할 수 있는 방법에 대해 소개한다.


① 매개변수(패러미터)를 확고히 할 것. 특정 매개변수 기준을 활용해 세정 및 헹굼 주기를 최적화할 수 있다. 예를 들어 전도율이나 총 유기화합물의 양 등의 매개변수를 활용하면 사전에 정의한 시간만큼만 헹구는 작업에서 벗어나 매번 적절한 시간 동안 세척하도록 만들 수 있다(이 작업은 전형적으로 최악의 시나리오Worst-Case Scernarios를 기반으로 한다). 또 다른 팁으로는 CIP 행렬을 기반으로 생산을 최적화하는 것이 있다. CIP 행렬은 특정한 규칙이나 기준을 덧붙임으로써 세척 작업을 마친 뒤 여타 일괄처리 혹은 제품생산 작업으로 돌리는 행동을 결정할 수 있다.

② 극소광택(Micropolished) 처리가 된 스테인리스강을 사용할 것. 저럼하며 정확하기까지 한 액체 단계측정(Liquid Level Measurement)은 정치세척 시스템에 도전장을 내민다. 극소광택처리를 마친 스테인리스강으로 만들어진 단계제어 제품은 약 130℃의 온도에서도 SIP(Sterilization In Place: 정치증기멸균) 작업을 실패 없이 수행할 수 있다. 장치는 박테리아가 모여들 수 있는 틈을 없애고 FDA/3A 위생을 이상적으로 증명한다. 뜨개 높이 프로브(Float Level Probes)는 자기변형 기술을 탑재함으로써 장치에 중요하지만 직접 마련하기는 어려운 표준이나 기준들을 보다 쉽게 도입할 수 있도록 만든다.

③ 일괄처리 관리 도구(Batch Manager)를 통해 제어할 것. 정치세척은 일괄처리 관리 도구의 레시피와 함께 사용하여야 하며, 그 작업은 생산 공정의 일부처럼 이루어져야 한다. 일괄처리 관리 시스템(BMS)은 세척 작업이 일괄적으로 행해지는지 관리하는 역할을 한다.  일괄 기록을 통해 규정을 준수하는 자료를 수집한다. 최종사용자는 보다 이해하기 쉬운 레시피 인터페이스를 활용해 세척 작업을 최적화할 수 있다.

④ 전문가에게 문의할 것. 새 프로젝트를 위한 정치세척 시스템을 설치하고자 한다면 사용자가 원하는 형식의 제품을 만드는 제작자에게 아낌없이 투자할 것. 적절한 전문가들은 다소 비싼 비용을 필요로 하지만, 시스템을 구축하고 난 뒤에는 재작업 비율이 감소하고 사용 및 세척이 용이하게 된다. 여기에 드는 비용을 감안했을 때, 투자자본수익률(ROI)를 회수하기까지는 얼마 걸리지 않는다.

⑤ 처음 시행하는 일괄처리 시험에 초점을 맞출 것. 정치세척 장치를 거친 기계 혹은 생산라인에서 첫 일괄처리를 통해 만들어진 결과에 대해, 각종 도구를 통해 수많은 미생물학적(세균학적)인 실험을 거치는 것이 합리적이다. 실험결과는 자료 형태로 저장한 뒤 차후에 이를 분석 추적할 수 있으며, 세정 공정의 효율성 및 효능에 대해 즉각적으로 피드백할 수 있다. 세정 관련 문제를 조기에 발견해 불량품, 즉 제품 오염을 최소화함과 동시에 한층 엄격한 피드백 루프라는 이점을 얻는다. 이 접근법은 각 일괄처리에 대해 통계적으로 표본추출하는 방식보다 유용하다.

⑥ 장치 크기를 결정할 때에는 장치의 기능에 중점을 맞출 것. 정치세척 시스템의 크기를 결정할 때에는 최소한의 필요사항 외에도 여분의 공간이 더 필요하다. 크기에 대한 기준은 모듈의 개수 및 이에 따른 기능에 따라 달라진다. 간단하면서도 독립적인 정치세척 시스템을 구축하고자 한다면 모듈 개수에 따라 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

정치세척 시스템은 자가세척작업 및 최종 배출허용기준에 대한 검사를 자동화할 수 있어야 한다. 용액(溶液) 관련 작업을 수행하고자 한다면 화학적 반응원과 자동적으로 상호 연결되어야 한다. 또한 고체 관련 작업을 수행하고자 한다면 패키지 처리를 피해야 한다.

고체로 된 원자재를 운송하는 방법은 몇 가지가 있다. 정치세척 시스템은 철저한 솔루션을 유지하기 위해 반복적으로 순환해야 한다. 세척작업을 반복하는 횟수와 각 작업 당 얼마나 많은 모듈을 세척할지를 결정하고 이에 맞추어 각 장치를 조직함으로써 효율적인 장비를 구축한다.

⑦ 볼트 접합을 사용할 것. 볼트 접합을 사용하면 장치의 접합이 쉬워지며 조합을 보다 쉽게 변경할 수 있다. 스테인리스강을 활용해 관을 만들고 이를 접합함으로써 부식을 방지할 수 있다.

 

정치세척 시스템의 효율과 성능은 다양한 일괄처리 공정에서 중요한 역할을 한다. 식음료 및 제약 공정 등에서도 꾸준한 수요가 있는 편이다. 보다 적은 자원을 사용하고, 폐기물을 적게 생산하며, 화학물질 사용도 줄어들고, 에너지 효율적임과 동시에 지속적인 환경 개선에 기여하기 때문이다. 정치세척 시스템을 최적화하기 위해 다음과 같은 단계를 널리 이용하고 있다.

① 공장 내에서 정치세척 시스템에 대한 에너지 품질 관련 검사를 시행한다. 이를 통해 정치세척 시스템에 대한 파악이 한층 쉬워짐은 물론 장치 효율을 높일 수 있다.

② 모듈 방식의 정치세척 자동화 시스템을 설계한다. 시스템은 사전에 정의된 정치세척 레시피 및 정치세척 경로를 포함한다. 경로의 거리가 더 짧으면 정치세척에 걸리는 시간을 줄이며 작업에 드는 자원도 한결 적다. 또한 ISA S88을 준수하는 모듈형 프로그래밍 방식의 정치세척 레시피를 실행하는 것이 바람직하다.

③ 정치세척 최적화 도구 아키텍처를 활용하면 모든 정치세척 관련 자료를 수집한 뒤 분석에 활용할 수 있다. 정치세척 시스템의 가동률과 소비량 그리고 낭비하는 자원 등을 한눈에 알아볼 수 있다.

④ 장치에 지능형 예측 기능(Predictive Intelligence Capability)을 탑재함으로써 실행시간 및 과거 실행정보를 확인하고 분석할 수 있다. 최적화된 정치세척장비 구축을 위한 정치세척장비 레시피 매개변수 자료를 제공하는 셈이다.

 

정치세척 제어 시스템을 프로그래밍할 때 레시피 기반 접근법을 사용할 수 있다.

① 레시피를 규정하는 방법 및 체계를 구축한다. 레시피를 규정함으로써 세제를 준비하는 절차 및 세정 공정 자체를 각기 고유하게 식별할 수 있다. 레시피를 분석 및 설명하는 작표 방법(논리식을 최적화하는 방식의 하나. 타블러 방식이라고도 한다. 편집자 주)을 사용하는 것이 바람직하다. 

레시피를 처리하는 각 절차마다 레시피의 상태와 공정에 필요한 조건을 서술 및 정의한다. 

작업은 각 단계 및 조건에 따라 독립적으로 수행되며, 한 단계에서 다른 단계로 이행하는 절차에 대해 정의한다.

② 모종의 이유로 시중에서 구할 수 있는 소프트웨어를 사용하지 못하는 경우에는 새로운 프로그램을 설치해야 한다. 프로그램은 레시피 및 하부 진단시스템과 독립적이어야 한다. 공정변수가 허용기준 내에 있는지의 여부를 판단해야 하기 때문이다. 이런 프로그램을 설계할 때에는 세정에 대한 레시피의 수정 작업이 불가피하다는 것을 염두에 두어야 한다.

③ 전문화된 스크린을 사용하는 것이 바람직하다. 정치세척 작업자가 모든 레시피 상태를 한눈에 관찰할 수 있기 때문이다. 

작업자는 스크린을 통해 각 단계에서 ▲매개변수와 동일하거나 이에 상응하는 실제 수치에 맞추어 작업을 수행했는지 ▲매 단계마다 매개변수 수치를 활용해 레시피를 처리하고 있는지 ▲각 단계를 정상적으로 마쳤는지 등을 확인할 수 있다.

④ 세척 작업은 가격이 비싸고 환경 친화적이지 못한 작업이다. 따라서 정치세척 과정에서 레시피 세척을 시험하는 모의실험이 유용하다. 원활한 세척을 위해서는 관성에 의한 연결을 활용하고, 액채성분 및 열의 규모에 대한 균형연산을 단순화함으로써 적절한 모의실험을 실시하는 것이 좋다. 이 모델은 차후에 작업자를 교육할 때에도 활용할 수 있다.

☞ 다음호에 계속