보고서 정보
주관연구기관 |
국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-02 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
과제관리전문기관 |
국립농업과학원 National Institute of Agricultural Sciences |
등록번호 |
TRKO201500010647 |
과제고유번호 |
1395035669 |
사업명 |
농업기초기반연구 |
DB 구축일자 |
2015-07-11
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500010647 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
□ 학교급식지원센터의 가공시설 조사 분석
학교급식지원센터의 운영 및 전처리 현황 조사 결과, 학교급식지원센터는 21개소가 설립되어 있으며, 급식 실시 학교와 학생은 2011년 기준 11,476개교와 6,710,378명이며, 식자재 종류에 따른 사용량은 과채류, 조미채소, 근채류, 서류, 엽채류 순으로 나타났다.
식자재 전처리 공정은 세척, 탈피, 절단, 살균, 탈수, 금속검출, 소분, 박스포장 등이며, 이 가운데 탈피와 절단은 반/자동과 수작업 2가지 공정으로 나누어지며, 각 단위 공정을 5가지 유
Ⅳ. 연구개발결과
□ 학교급식지원센터의 가공시설 조사 분석
학교급식지원센터의 운영 및 전처리 현황 조사 결과, 학교급식지원센터는 21개소가 설립되어 있으며, 급식 실시 학교와 학생은 2011년 기준 11,476개교와 6,710,378명이며, 식자재 종류에 따른 사용량은 과채류, 조미채소, 근채류, 서류, 엽채류 순으로 나타났다.
식자재 전처리 공정은 세척, 탈피, 절단, 살균, 탈수, 금속검출, 소분, 박스포장 등이며, 이 가운데 탈피와 절단은 반/자동과 수작업 2가지 공정으로 나누어지며, 각 단위 공정을 5가지 유형으로 분류하였다. 식자재 종류별 처리 공정에서 구근류는 처리 공정이 많았으나 엽채류는 무게만 계량하여 납품하는 소분 위주의 작업으로 나타났다.
가동일수는 도입초창기로 주문량이 적고, 더욱이 방학 때는 휴무 등으로 물량 확보에 어려움을 호소하여 조사가 곤란하였으며, 영업 관련내용은 응답을 꺼렸다. 시설의 처리 규모는 1년간 가동률 보다 해당 지역 급식 소요량으로 결정해야 할 것으로 판단된다.
세척공정 설비는 엽채류와 근채류에 따라 형식에 차이가 있었으며, 박피공정 설비는 식재료에 따라 여러 형식이 있고 무나 생강은 인력에 의존하고 있었다. 절단공정 설비로는 슬라이서, 육각절단기가 있고, 계량과 포장에는 각각 전자저울, 포장기가 쓰이고 있었다.
작업공정별 설비 형식은 엽채류나 구근류에 따라 갈리고, 세척공정은 작목에 따라 차이가 있었으며, 대상 작목은 주로 구근류였는데 이는 구근류가 처리 후에 품위 변화가 적기 때문으로 생각된다.
설비 처리능력은 다양하지만 소량보다는 대량이 많은 것으로 나타났으나, 사용자 주문 방식으로 제작되므로 문제가 없는 것으로 판단된다.
공정 가운데 세척과 살균은 같이 하기도 하며, 농산물 모양이 불규칙하여 미박피된 부분과 다듬기는 인력에 의존하고 있었다. 절단공정은 처리량에 따라 설비 또는 인력에 의존하며, 포장은 납품양이나 주문자 요구에 따라 이루어진다.
가공공정 최적화 인자 도출을 위하여 규모별, 공정별, 품목별, 작업자 숙련도별로 작업시간, 소요인력, 처리량 등을 조사할 계획이었으나 현장 상황은 대부분이 주문량에 따라 작업이 이루어져 장시간 처리량 측정과 규모별 조사는 곤란하였다.
조사가 이루어진 감자(60kg, 150g/개) 박피 공정은 ‘박피(기계 3분, 1인 보조) → 미박피 마무리(인력 4명, 20∼30분) → 세척(1분, 1명) → 탈수(2명) → 진공포장(5kg/15분, 2명)’ 순이다. 양파 처리 공정은 ‘자동투입(200kg, 2시간) → 물분사 탈피 → 에어분사 탈피(미탈피 마무리) 및 양쪽 절단(인력 4명) → 세척 → 건조 → 배출’ 순이다. 양상추 및 양배추 처리 공정은 ‘다듬기 → 절단 → 투입 세척(2단 세척 15분) → 배출(PE 상자에 담기, 2인 20분) → 탈수(2인, 20분) → 계량 포장(2인)’ 순이다. 소분은 반입 품목별 무게만 계량하여 출하하는 작업으로 대부분 양념채소, 과채류 및 물성이 약한 엽채류 중심으로 이루어지고 있었다.
가공공정 최적화 인자도출을 위한 조사 결과, 단위 기계 규모는 회사 내부 사정 및 연속작업에 필요한 작업량 부족으로 파악하기 곤란하여 설치된 단위 설비 생산회사의 제품들을 조사하여 정리하였다.
작업공정은 뿌리채소 공정이 동일하였으며 사용 기종 형식에 차이(압축공기, 물분사, 공기방울 등)가 있었다. 가공 품목은 다양하였으며, 가공 형식은 박피(근채류), 세척(양상추 및 양배추), 소분(엽채류, 양념채소류)로 나눌 수 있고, 작업공정에 소요되는 인력은 주문량이 적어 최소로 운영하고 있었다.
단위 작업 시간은 작업자 숙련도에 따라 큰 차이가 있을 것으로 예상되었으나 인력작업시간 측정 결과, 작업시간 차이는 숙련도보다 처리 품목의 형상 및 1차 기계 작업 상태에 의한 것으로 판단된다.
시뮬레이션에 필요한 인자는 품목별 공정도, 공정도별 투입인력, 품목별 처리 시간으로 나타났으며, 인력이 일부를 담당하는 일관처리공정에서는 기계 작업량 및 작업정도, 인력 처리량 및 인원수이며, 인력작업 시간을 통계분석하여 시뮬레이션 모델 입력 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
기타 현장 조사중 요구사항으로는 기계 구조가 복잡하여 청소가 불편하고 시간(30분)이 많이걸리며, 방수 모터 사용하지만 물 접촉 많아 위험하고, 각 공정별 기계 장치/배치, 동선 등 시설의 표준설계도/배치도(가이드라인)가 필요하다고 하였다.
□ 학교급식지원센터의 가공공정 최적화 연구
학교급식지원센터의 가공시설 작업공정을 설계하기 위한 분석 대상 공정은 1년차 연구결과를 바탕으로 중소형 도시 급식센터 및 식자재 전처리 업체의 단위공정 및 전체공정으로 공정순서를 7가지로 정의하고, 감자, 양파, 양상추 등 13가지 식재료에 따라 선택할 수 있는 공정유형을 분류하였다.
가공시설과 관련된 15가지 공정 가운데 세척, 탈피/박피, 절단, 살균, 탈수, 이송설비, 금속검출, 소분/포장/피킹 등에 대하여 투입량(원물, 공정품)과 설비제작 설계기준으로 공정별 설비 기준 레벨을 정하였다.
또한 1년차에 조사한 수작업 작업시간을 시뮬레이션 모델에 맞게 식자재, 작업명, 성별, 작업자 숙련도에 따라 단순화 하고, 감자, 양파, 양배추, 대파 등 13가지 품목의 주요 공정에 대하여 수작업 공정 작업시간 확률정보를 나타내었다.
공정순서와 식재료별 공정 유형은 공정별 상관관계 분석을 통해 공정 A, B, C, D, E 등 5가지 공정순서를 제시하였다. 공정 A와 B는 구근류, 공정 C는 구근류와 엽채류에 적용할 수 있고, 공정 D는 구근류 탈피와 절단공정을 수작업으로 하는 공정이며, 공정 E는 수작업이 불가능 한 것을 제외하고 모든 공정이 수작업으로 구성되어 있다.
작업 공정 시뮬레이션 모델 설계 알고리즘은 식재료, 학생 수, 공정 유형, 공정순서 유형 등과 같은 학교급식지원센터의 기초정보를 바탕으로 시뮬레이션 모델을 구동하여 대기시간, 가동률에 대한 시뮬레이션 결과를 출력하는 방식으로 하였다. 시뮬레이션 기본 모델은 공정 설계 절차(기본정보 입력 → 모델 생성)를 바탕으로 기본 정보를 입력할 수 있도록 설계한 화면(SimulatorCMI(Compile Make Interface))을 통해 자동으로 만들어진다.
본 연구에서 개발한 프로그램 알고리즘은 사용자와 시뮬레이션 모델과의 연결고리 역할을 하는 엑셀의 매크로(Macro) 영역, 실험조건 데이터베이스를 만드는 SimulatorCMI 영역, SimulatorCMI에서 만들어지는 정보로 시뮬레이션 모델을 만들고 구동하여 결과물을 출력하는 VBA 영역, 시뮬레이션 소프트웨어인 Arena 영역 등 네 부분으로 구성되어 있다.
데이터베이스는 설비 정보, 공정 순서 정보 등 시뮬레이션 모델을 만드는 입력 데이터와 실험 정보를 저장하는 출력 데이터로 구분하고 있으며, 사용자가 생성한 실험 정보를 저장하고 있는 대안 데이터베이스가 있다. 입력 데이터는 전처리 공정 설계에 필요한 기초 정보와 시뮬레이션 모델을 위한 기초 정보, 출력 데이터는 시뮬레이션 결과 정보로 구성되어 있다.
본 연구에서 개발한 프로그램은 엑셀 기반의 SimulatorCMI로 사용자가 직접 화면을 조작하여 시뮬레이션 모델에 필요한 정보를 만드는 Excel의 macro 영역, SimulatorCMI에서 만드는 정보로 시뮬레이션 모델을 자동으로 만드는 VBA 영역, 시뮬레이션 모델을 구동하여 결과물을 만드는 영역 등이 있다. 이 프로그램은 시뮬레이션 전문가가 아니거나 시뮬레이션 소프트웨어(Arena) 사용법을 몰라도 사용할 수 있으며, 마이크로소프트사의 엑셀2007 이상이 필요하지만 엑셀 사용과는 무관하다.
프로그램의 주요 기능으로는 중소규모 지역의 급식센터 작업공정 및 가공시설 모델 설계, 다품목 소량 처리에 알맞은 작업공정 및 가공시설 모델 설계, 급식 수요에 맞는 작업공정 및 가공시설 모델 설계, 급식센터 설치 전에 필요한 정보 제공 등이다.
이 프로그램으로 사용자가 입력한 실험조건에 따라 만들어진 모델로 시뮬레이션하면 공정순서, 공정명, 설비 정보 및 사양, 공정작업시간, 가동률 등의 실험결과를 보여준다. 모델 설계 시뮬레이션 프로그램을 검증하기 위해 가공 품목, 설비 등의 조건을 갖춘 급식센터를 선정하려 했으나 조건에 맞는 곳을 선정하지 못하였다. 불가피하게 현장에서 검증은 불가능하여 거창군 학교급식지원센터 자료를 프로그램에 맞게 넣어 결과를 확인하는 방법으로 검증하였다.
검증을 위해 만든 3가지 실험조건의 시뮬레이션 실험결과를 분석한 결과, 공정별 편차가 크지만 공정 작업시간이 많이 걸리는 것으로 나타났으며, 가동률은 전체 평균 88%로 높게 나왔으나 여유시간이 반영되지 않은 값이다. 수작업의 경우 가동률이 60% 정도로 작업자가 더 필요한 것으로 해석할 수 있다. 전체 공정에서 문제가 가장 많은 공정은 탈피_마무리, 탈피_후처리수작업인 것으로 보이는데, 앞 공정에서 설비를 이용하여 처리하는 많은 물량을 이 두 공정에서 효율적으로 처리하지 못하기 때문인 것으로 판단된다.
본 연구에서 개발한 프로그램은 1차년도 조사 결과를 바탕으로 하고 있지만 조사과정에서 드러난 제약 때문에 조사 결과에 한계가 있다. 이러한 점은 다양한 현장에서 수작업 작업시간 정보와 세부 공정에 대해 모은 자료 분석이 반영된 모델로 프로그램을 개선하여 극복할 수 있을 것이다. 또한 다양한 지역 특성을 고려한 경제성 분석 등 경영 알고리즘이 더해져야 할 것으로 판단된다.
학교급식지원센터의 가공시설 모델을 제시하기위해 본 연구에서 개발한 프로그램을 활용하면 학교급식 특성 때문에 수십 가지가 넘는 모델이 만들어질 수 있다. 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 학교급식지원센터 가공시설 조사결과와 가공공정 분석 결과를 바탕으로 선행 연구 결과를 참고하여 급식대상 지역 또는 학생 수에 따른 모델을 (1) 중소도시형 : 급식 학생수 1만명~5만명인 중소도시형, (2) 설비 최소 설치형 : 급식센터 운영에 꼭 필요한 시설만 갖춘 모델, (3) 소규모 시ㆍ군 공동이용형 : 소규모 시ㆍ군 2~3개 또는 3~4개 공동이용형, (4) 기존 시설활용형 : APC 등 기존 시설을 활용하는 모델 등 4가지로 제시하였다.
Abstract
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The school food service center is functioned for suppling food materials to students in schools. Most of the elementary, middle, high schools provide school meals to students. To supply local food materials fresh and safe, the school food service center must be found economically and maintain effici
The school food service center is functioned for suppling food materials to students in schools. Most of the elementary, middle, high schools provide school meals to students. To supply local food materials fresh and safe, the school food service center must be found economically and maintain efficiently. So the model for process facility has to exist to concern the local needs. This study surveyed the process facilities of school food service centers to be use as a basis data for developing a model. Present condition, local student number, food materials, pre-processing system and process facilities were surveyed. Bulbous plants are washed and peeled, the leaf vegetables are measured and divided to small bundle. Peeling bulbous plants spends too much time so it was done by a proper facility. The peeling process of potatoes and onions are detailed as below.
Potato peeling process: A thin film remove(Task of machine 3 minute, 1 person assistant)→Labor force(Unbarked part, it does not barked by machine finish work, it takes about 20 ~ 30 minutes, Work 4 person)→Washing(1 minute, 1person work)→Spin-dry(2 person’s work)→Vacuum packing (5 kg/15 minutes, 2 person’s work) Onion peeling process: Auto injection(2 hours, 200kg)→Water spray molting→Air spray molting(Finish work of unbarked part) and Cut both sides(4 person’s)→Wash →Dry→Discharge
Next years, into a database to analyze the ingredients per unit processes and support the whole process of school food service center and setting the simulation input parameters and processing facilities were designed to support the working process of school food service center. To supply local food materials fresh and safe, the school food service center must be found economically and maintain efficiently. So the model for process facility has to exist to concern the local needs. This study surveyed the process facilities of school food service centers to be use as a basis data for developing a model. Present condition, local student number, food materials, pre-processing system and process facilities were surveyed
Based on these results, depending on the number of meals using a computer program developed by the simulation model design program, which was validated by comparison with results and field work program for the facilities in operation.
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