김치생산용 알타리무 전처리가공시스템 개발 (IV) - 시작기의 자동화와 평가 - Development of the Altari Radish Pre-Processing System for Kimchi Production (IV) - Automation and Evaluation of the Prototype Machine -원문보기
An Altari radish pre-processing system, which feasible to process automatically such operations as leaf and root tail cutting and root peeling, for kimchi production was accomplished based on the foregone serial studies. In this study, the performances of the developed prototype machine, considered ...
An Altari radish pre-processing system, which feasible to process automatically such operations as leaf and root tail cutting and root peeling, for kimchi production was accomplished based on the foregone serial studies. In this study, the performances of the developed prototype machine, considered as a commercializing level, were analyzed and evaluated. The prototype machine attached Tiny PLC automatic control system was performed the sequent function as the rate of successful peeling was more than 98% for the Altari radish less than 70 mm diameter of a radish. The operating efficiency of this was 9 see/each, 128 kg/h, and it means as much as $5{\sim}6$ times that of a woman labor's. The sanitation and taste of the mechanized-processed Altari radish kimchi was almost same as that of the handmade. And they were suitable for manufactory of kimchi as the both short term ripening and storing kimchi. Developed machinery with one peeling device and two peeling devices that compared with hand processing, it was analyzed that the break-even yearly working days were 28 days and 19 days, and the break-even yearly processing amount were 28,700 kg, 32,400 kg, respectively.
An Altari radish pre-processing system, which feasible to process automatically such operations as leaf and root tail cutting and root peeling, for kimchi production was accomplished based on the foregone serial studies. In this study, the performances of the developed prototype machine, considered as a commercializing level, were analyzed and evaluated. The prototype machine attached Tiny PLC automatic control system was performed the sequent function as the rate of successful peeling was more than 98% for the Altari radish less than 70 mm diameter of a radish. The operating efficiency of this was 9 see/each, 128 kg/h, and it means as much as $5{\sim}6$ times that of a woman labor's. The sanitation and taste of the mechanized-processed Altari radish kimchi was almost same as that of the handmade. And they were suitable for manufactory of kimchi as the both short term ripening and storing kimchi. Developed machinery with one peeling device and two peeling devices that compared with hand processing, it was analyzed that the break-even yearly working days were 28 days and 19 days, and the break-even yearly processing amount were 28,700 kg, 32,400 kg, respectively.
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제안 방법
검사자는 20대 남녀 각 3명, 50대 남녀 각 2명으로 도합 10명 으로 하였다. 검사용 김치들을 각각 1접시씩 식별번호를 붙여 3조의 검사대위에 놓고, 검사자는 물로 입을 헹군 다음 김치 를 살펴보고 임의 순서로 쌀밥과 함께 김치의 맛을 본 다음 설문지에 답을 하도록 하였다.
경제성 분석에서는 고정비로 감가상각비, 수리비 및 이자 를, 그리고 변동비로 인건비와 전기료를 각각 산출하여 인력 의 경우와 비교하였으며, 년간작업일수에 따른 단위 무게당 가공비용을 기계이용과 인력가공의 경우로 구분 계산하여, 년간작업 일수와 가공처리 량의 손익분기 점을 산출하였다.
기계와 인력의 성능을 비교하고 또 기계 이용 샤 경제성을 분석하기 위하여 실시한 것으로 전처리가공능력은 위에서와 동일한 알타리무를 사용하였으며, 기계에 의한 전처리가공과 관행 인력에 의한 가공 시의 작업속도(개수/분/인)와 작업능 률(kg/시간)을 조사하여 자료로 활용하였다. 경제성분석에서 알타리무 삭피기계의 예정판매가격은 1조삭피식의 경우 2 천 만 원, 2조삭피식의 경우 2천5백만 원, 내구연한은 5년, 일일 작업시간은 두 경우 각각 8시간, 작업속도는 관행 인력방법에 대비하여 1조삭피식은 6배, 2조삭피식은 10배로 하여 계산하 였다
김치 맛 검사에 사용한 알타리무는 위에서와 같은 것이었으 며, 재료의 삭피 전 무게 10 kg씩 김치를 담그어 3회에 걸쳐 김치 맛 검사를 실시하였다. 재료인 알타리무는 뿌리부를 세척 한 것(washed only), 주방용 칼로 긁은 것(scraped manually), 기계로 깎은 것 (peeled on machine) 등, 3종류로 하였다.
8배정도 올릴 수 있는 것으로 검 정되었다. 따라서 시험에는 삭피기계 1조를 설치한 1조삭피 식과 2조를 설치한 2조삭피식을 이용하였다.
시작기는 1조삭피장치를 탑재한 것을 기준으로 분석하였는 데, 기계의 성능검사에서는 1명의 작업자가 기계를 가동시키고 알타리무를 무받이에 올려놓으면 무청절단, 뿌리꼬리절단 및 삭피가 연속으로 이루어지도록 프로그램을 입력하였을 때, 기 계의 작동상 문제점 작업능률 작업성공율 등을 조사하였다
시험용 김치는 조제 후 김치냉장고에 넣어 5일간 숙성 후 1차 관능검사(sensuous test)를 실시하고, 그 5일, 10일 뒤에 기 냉장된 김치에 대한 관능검사를 2회 추가로 실시하였다. 검사자는 20대 남녀 각 3명, 50대 남녀 각 2명으로 도합 10명 으로 하였다.
알타리무 김치제조의 전처리 가공시스템은 규격을 요하지 않는 처리작업공정이 반복되는 것으로 시퀀스제어방식을 선 택하였으며, 제어기는 프로그램을 수정할 수 있는 PLC방식으로 하였으며, 이때 문제점이 발견되면 마이크로프로세서 방식 을 도입하고자 하였다. 알타리무 공급이송장치와 삭피장치를 독립적으로 또는 조합하여 수동운전과 자동운전을 할 경우 입 .
알타리무 김치제조의 전처리 가공시스템은 선행연구의 결과를 토대로 프레임, 이송장치, 무청 절단장치, 뿌리끝부 절단 장치, 무 보조회전장치와 회전장치 및 삭피장치 등으로 구성 하였다. 그림 1은 제작된 시작기이며, 표 1은 그 규격을 정리 한 것이다.
표 4는 경제성 분석용 자료이다. 알타리무 삭피기계의 예정 판매가격은 1조삭피식의 경우 2 천만 원, 2조삭피식의 경우 2천5백만 원으로 결정하였으며, 내구연한은 5년, 일일 작업시 간은 8시간 작업속도는 관행 인력방법에 대비하여 1조삭피 식은 6배, 2조삭피식은 10배로 하여 분석하였다.
알타리무의 김치 담그기 전처리가공작업인 무청절단, 뿌리 끝부절단 및 삭피의 일관 자동화 작업이 가능한 알타리무 전 처리 가공기계를 상품화 가능한 수준으로 개발하였다. 시작 기를 제작하고 그 성능을 분석하여 실용화 가능성을 검증한 결과를 요약하면 다음과 같다.
전동기 구동회로는 실린더의 구동화로와 같이 PLC의 24V 출력에 의해 DC 릴레이가 작동하게 되고, 릴레이의 작동에 의해 모터가 작동되도록 하였다 수동은 셀렉터스위치를 이용하여 +24V의 전압을 입력시켜 구동하도록 하였다. 이상과 같이 구 성한 제어장치는 작업자가 기계의 전원을 넣고, 알타리무를 무받이 위에 올려놓으면 무는 이동하면서 뿌리꼬리 및 무청 절단 및 삭피 후 세척용기로 낙하하는, 모든 과정이 자동으로 이루어지도록 프로그램 하였다.
실 린더는 자동과 수동 두 가지 방법으로 작동하도록 하였다. 자 동의 경우 PLC에 의해 실린더의 작동신호가 출력되면 솔레 노이드밸브 작동 DC 릴레이를 작동시켜 에어실린더를 가동 하도록 하였으며, 수동의 경우는 셀렉터스위치를 이용하여 솔레노이 드밸브가 작동하도록 하였다.
대상 데이터
출력 접점이 각각 30개 미만이므로 이에 적합한 PLC 종 류로는 Comfile Technolo사의 반도체형 TPC-38 CPU을 선정하였다. Base board와 보조기능 모듈의 회로를 조합한 제어장치는 Comfile Technology사에서 규격품으로 제작하여 판매하는 일체형 PLC 제품인 SB-65R을 사용하였다.
시험용 김치는 조제 후 김치냉장고에 넣어 5일간 숙성 후 1차 관능검사(sensuous test)를 실시하고, 그 5일, 10일 뒤에 기 냉장된 김치에 대한 관능검사를 2회 추가로 실시하였다. 검사자는 20대 남녀 각 3명, 50대 남녀 각 2명으로 도합 10명 으로 하였다. 검사용 김치들을 각각 1접시씩 식별번호를 붙여 3조의 검사대위에 놓고, 검사자는 물로 입을 헹군 다음 김치 를 살펴보고 임의 순서로 쌀밥과 함께 김치의 맛을 본 다음 설문지에 답을 하도록 하였다.
시험에 사용한 재료는 2004년 6월 10일에서 22일 사이에 수확된 평강 알타리무를 경남 진주시 농산물도매시쟝에서 구 입하여 사용하였는데, 알타리무의 부위별 평균값은 각각 뿌 라부의 길이 94.3 mm, 머리부분의 직경 33.2 mm, 그리고 껍 질의 두깨는 2 mm이었다.
알타리무 공급이송장치와 삭피장치를 독립적으로 또는 조합하여 수동운전과 자동운전을 할 경우 입 .출력 접점이 각각 30개 미만이므로 이에 적합한 PLC 종 류로는 Comfile Technolo사의 반도체형 TPC-38 CPU을 선정하였다. Base board와 보조기능 모듈의 회로를 조합한 제어장치는 Comfile Technology사에서 규격품으로 제작하여 판매하는 일체형 PLC 제품인 SB-65R을 사용하였다.
성능/효과
(1) Tiny PLC를 이용한 자동제어장치를 부착한 알타리무 전 처리가공기계 시작기는 전과정에 걸쳐 자동화 작업이 가 능하였다.
(2) 시작기의 성능시험 결과, 작업속도는 9초/개, 가공성공율 은 98%, 작업능률은 128 kg/h로 인력의 5~6배의 작업 능률을 나타내어, 전처리가공성능은 매우 양호하였으며 최대직경 70 mm이하인 국산 알타리무의 전처리가공은 아주 우수하였다.
(3) 기계가공 알타리무를 이용한 김치는 위생 및 맛에서 수가 공한 것과 차이가 없었으며, 단기 숙성 및 저장용이나 공 장생산용 김치로써도 적합한 것으로 판단되었다.
(4) 시작기의 1대당 손익분기 년간작업일수는 1조삭피식의 경우 28일, 2조삭피식의 경우 19일이었으며, 손익분기 년 간가공량은 각각 28, 700 kg과 32, 400 kg으로 나타났다.
이상에서 삭피장치를 1대 부착한 1조삭피식과 2대 부착한 2조삭피식 알타리무 전처리가공기계의 작업능률은 각각 128 kg/h 및 213 kg/h로 나타났고, 인력의 작업능률은 21 kg/h로 나타났다. 기계의 내구년수는 5년, 1초삭피식과 2조삭피식의 판매예정가격은 각각 20, 000천원 및 25,000천원으로 하여 알 타리무 가공기계의 경제성 분석 결과 인력이용에 비교한 손 익분기 년간작업일수는 각각 28일과 19일로 나타났다. 조사 된 우리나라 김치공장에서의 알타리김치 1일 카공량은 200~ 500 kg이었고, 가공기간은 3개월 이상인 경우가 대부분이었 으1며, 년간 가공량은 18, 000-45,000 kg이었다.
김치담그기 전 처리의 기계화가 가능한 전처리가공작업은 무청 절단, 뿌리끝부 절단 및 삭피작업 등인데, 작업순서에 따라 전처리가공기계를 구성하면 무청 및 뿌리의 절단작업과 삭피작업은 동시에 이루어지며, 작업시간은 단위 삭피기계의 삭피시간과 같아서, 연속작업 시에는 단위작업을 분리하여 기계화 할 때보다 작업능률이 2배정도 우수한 것으로 나타났다. 또 삭피기겨)가 1조일 경우의 삭피속도는 사람이 작업라인 에 무를 공급하는 속도에 비해 너무 느렸으므로, 삭피기계를 2조 설치하면 작업효율을 1.
그런데 기계 를 도입할 경우 손익분기가 되는 년간 가공량은 1조삭피식의 경우 28, 700 kg, 또 2조삭피식의 경우 32, 400 kg으로 계산되었다. 따라서 경제적 측면에서 본 연구에서 개발된 기계의 사 용으로 가능한 김치공장의 알타리무 년간가공물량은 30 ton/ 대 정도로 판단된다.
그 이유는 삭피칼날은 자루가 스프링판으로 되어있고 칼날프레 임의 중심 수평면을 기준으로 상하 45°씩 움직일 수 있는 구 조로 만들어서, 무의 머리부분에서 꼬리부분으로 삭피할 때 칼날의 작용 폭이 매우 컸기 때문으로 사료된다. 따라서 우리 나라에서 생산되는 알타리무는 98% 수준에서 최대직경이 70 mm 이하이며 평균직경은 49 mm으로(Kim, et al., 2004), 뿌 리표면의 최대기울기가 45±10°이기 때문에, 시작기의 삭피장 치로 모든 시험 재료의 머리부와 꼬리부의 삭피가 가능한 것으로 판단된다.
김치담그기 전 처리의 기계화가 가능한 전처리가공작업은 무청 절단, 뿌리끝부 절단 및 삭피작업 등인데, 작업순서에 따라 전처리가공기계를 구성하면 무청 및 뿌리의 절단작업과 삭피작업은 동시에 이루어지며, 작업시간은 단위 삭피기계의 삭피시간과 같아서, 연속작업 시에는 단위작업을 분리하여 기계화 할 때보다 작업능률이 2배정도 우수한 것으로 나타났다. 또 삭피기겨)가 1조일 경우의 삭피속도는 사람이 작업라인 에 무를 공급하는 속도에 비해 너무 느렸으므로, 삭피기계를 2조 설치하면 작업효율을 1.8배정도 올릴 수 있는 것으로 검 정되었다. 따라서 시험에는 삭피기계 1조를 설치한 1조삭피 식과 2조를 설치한 2조삭피식을 이용하였다.
본 연구에서는 이상에서의 결과를 종합하여 모든 기능들이 통합된 알타리무 김치제조공정 전처리가공의 전 작업이 자동 화된 전처리가공시스템을 개발하여, 그 성능을 분석, 평가함 으로써 개발된 시스템의 실용화 가능성을 검증하였다.
삭피가능한 뿌리표면기울기는 머 리부분에서 -65°, 꼬리부분 에서 45°정도인 거의 모든 알타리무의 삭피가 가능하였다. 그 이유는 삭피칼날은 자루가 스프링판으로 되어있고 칼날프레 임의 중심 수평면을 기준으로 상하 45°씩 움직일 수 있는 구 조로 만들어서, 무의 머리부분에서 꼬리부분으로 삭피할 때 칼날의 작용 폭이 매우 컸기 때문으로 사료된다.
알타리김치의 관능검사 결과, 기계삭피한 것은 외관과 맛 및 씹는 질감(masticating)에서 가장 높은 평가를 받았으며, 또한 기계삭피 김치의 씹는 질감을 “양호, 로 응답한 사람 중 82%가 20대였다. 따라서 인스턴트 식품에 익숙해져 가는 20 대를 우리 식품으로 회귀시키기 위한 하나의 방법으로 상품 용 알타리김치는 뿌리표피를 깎아서 만든 것이 그들의 기호 에 맞을 것이며, 그 맛의 정도는 숙성온도와 기간, 저장온도 와 기간에 따라 결정될 것이므로, 이에 대한 보다 깊은 연구가 있어야 될 것으로 사료된다.
알타리무의 삭피방법에 따른 김치의 매운 맛의 구별이 어 려웠던 것으로 나타났는데, 이는 김치의 특성상 그 맛은 재료 의 고유한 맛에 양념의 종류와 조제, 그리고 김치의 숙성과 저장 방법에 따라 다양하게 나타나기 때문으로 판단된다. 이상에서 기계가공 알타리무는 위생 및 김치 맛에서 수가 공의 것과 차이가 없고, 단기 숙성 및 저장 김치로나 공장생 산용 김치로써 적합한 것으로 판단되며, 김치공장의 단기 조 제에 의한 경비절감 측면과 뿌리부의 청결가공 측면 등을 함께 고려하여, 김치용 알타리무는 기계삭피가 바람직한 것으로 판단된다.
이상에서 삭피장치를 1대 부착한 1조삭피식과 2대 부착한 2조삭피식 알타리무 전처리가공기계의 작업능률은 각각 128 kg/h 및 213 kg/h로 나타났고, 인력의 작업능률은 21 kg/h로 나타났다. 기계의 내구년수는 5년, 1초삭피식과 2조삭피식의 판매예정가격은 각각 20, 000천원 및 25,000천원으로 하여 알 타리무 가공기계의 경제성 분석 결과 인력이용에 비교한 손 익분기 년간작업일수는 각각 28일과 19일로 나타났다.
표 2는 기계가공과 인력가공의 작업능률을 정리한 것이다. 인력에 의한 무청절단, 뿌리끝부절단 및 식피의 작업소요시 간은 44초/개이었는데 비해 자동화 전처리가공기계의 경우에는 9초개로 인력의 5배의 작업속도를 나타내었으며, 시간당 처리량은 128 kg으로 인력에 의한 처리량 21 kg의 6배 이상의 성능을 나타내었다. 이때 전처리가공기계의 가공성공율 은 98%이었는데, 작업실패의 내용은 순차작업 라인 상에 인 력공급 실수와 삭피불량이 각 1%로 나타났으며, 무청이나 뿌 리끝부의 절단작업의 실패율은 전무하였다.
그림 10은 인력착업과 기계작업의 경우 년간작업일수에 따른 알타리무 단위무게당 소요비용을 나타낸 것이다. 인력작 업은 1일 고용 가능한 여성인력을 대상으로 하였기 때문에 소요비용이 고정되며 , 기계 작업은 년간작업일수가 중가할 수 록 고정비의 절감효과가 되어 소요비용이 급격하게 줄어드는 것으로 나타났고, 2조삭피식이 1조삭피식보다 작업속도가 빠 르기 때문에 소요비용이 작게 나타났다.
후속연구
알타리김치의 관능검사 결과, 기계삭피한 것은 외관과 맛 및 씹는 질감(masticating)에서 가장 높은 평가를 받았으며, 또한 기계삭피 김치의 씹는 질감을 “양호, 로 응답한 사람 중 82%가 20대였다. 따라서 인스턴트 식품에 익숙해져 가는 20 대를 우리 식품으로 회귀시키기 위한 하나의 방법으로 상품 용 알타리김치는 뿌리표피를 깎아서 만든 것이 그들의 기호 에 맞을 것이며, 그 맛의 정도는 숙성온도와 기간, 저장온도 와 기간에 따라 결정될 것이므로, 이에 대한 보다 깊은 연구가 있어야 될 것으로 사료된다.
참고문헌 (5)
Kim, S. T., Min, Y. B., and Jung, H. S. 2004. Development of a peeling machine for Altari radish (I) -Physical properties of the Altari radish-. Journal of Biosystems Engineering published by KSAM 29(1):29-36. (In Korean)
Min, Y. B., Kim, S. T., Kang, D. H. and Chung, T. S. 2003. Determination of optimum cutter shape for peeling Altari radish. Journal of KSAM 28(5):421-428. (In Korean)
Min, Y. B., Kim, S. T., Kang, D. H., Chung, T. S. and La, W. J. 2004. Development of the Altari radish pre-processing system for kimchi production (I) -Leaf and root tail cutting equipment-. Journal of Biosystems Engineering published by KSAM 29(5):451-456. (In Korean)
Min, Y. B., Kim, S. T. and Kang, D. H. 2005. Development of the Altari radish pre-processing system for kimchi production (II) -Optimum cutter shape for plane peeling-. Journal of Biosystems Engineering published by KSAM 30(3):161-165. (In Korean)
Min, Y. B., Kim, S. T. and Chung, T. S. 2005. Development of the Altari radish pre-processing system for kimchi production (III) -Development of the peeling device-. Journal of Biosystems Engineering published by KSAM 30(3):161-165. (In Korean)
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