食品飲料業界における検査は、UPCラベルがパッケージ内の内容と一致しているかを確認するだけにとどまりません。食品検査とは、パッケージに表示されている内容が、常に100％製品の中身と一致していることを保証することです。不一致やその他のミスは、企業のブランドや財務に悪影響を及ぼす可能性があり、さらに顧客にまで被害が及ぶこともあります。実際、食品リコール1件あたりの生産者側の平均コストは約1,000万ドルにのぼります。
数年前、革新的なビジョンソリューションを開発し、製品品質の向上に取り組むSensors Integrationの社長であるデイビッド・コトゥラ氏の子どもが、ピーナッツによるアレルギー反応を起こしました。幸いにも家族はエピペンを所持しており、子どもに大きな被害はありませんでした。この出来事をきっかけに、コトゥラ氏は食品飲料の安全性を徹底的に高めることを使命とするようになりました。これらの取り組みの結果には、制御信頼性検査システム（CRIS）があります。このシステムは、エッジインテリジェンスを搭載した4台のコグネックスDataMan 474バーコードスキャナを使用して、生産ラインの食品容器を360度検査し、最小限のスペースでPLC要件と関連コストを削減します。CRISは、コンベヤ上での製品間隔を最小限に抑えることでスループットを最適化するだけでなく、独自の「フェイル・トゥ・セーフ」方式を採用しています。これは、正しいことが証明されるまで、すべての製品は誤表示であると仮定するという考え方であり、その結果、生産工程および消費者の安全性において、これまでにない高い精度を実現しています。
最悪の事態を想定し、最高の成果を実現
多くの検査システムでは、製品の検出失敗の基準が設定されています。このようなシステムは、1つ以上の障害が見つからない限り、すべての製品が良好であると判断します。しかしコトゥラ氏によれば、不具合が検出されるまで、すべての製品を良品として扱うという考え方は、検査システムが完全であることを前提としてしまうといいます。しかし、ビジョンシステムの精度は、時間の経過とともにさまざまな要因の影響を受ける可能性があります。例えば、カメラの焦点が合っていない場合、故障基準を検出できないことがあります。PLCで配線が誤って接続されていると、本来発生すべき自動検査システムからの「不合格」信号が正しく伝達されない可能性があります。さらに、メンテナンス後に下流の排出システムを起動し忘れることによって、追加の問題が発生する場合もあります。CRISは、これらの各懸念に対処します。
その他の問題として、多くのビジョンシステムに搭載されている「ティーチ」機能に起因するものもあります。ティーチ機能の使い方を誤ると、本来排除すべき不良品を合格と認識するように学習させてしまうリスクがあります。さらに、システムへのアクセスログが記録されていなければ、本来なら不合格とすべき製品をどの程度の期間流出させていたのか、また、誤った判定基準への変更を誰が行ったのかを特定することは困難です。
「ある企業では、不良品を検出したことが原因でラインが停止したケースがありました」と、コトゥラ氏は述べています。「オペレーターは訓練どおりに機械をリセットしましたが、再び停止してしまいました。その後、より経験豊富なオペレーターが、停止を繰り返さないように別のボタンを使うことを提案しました。それが、ティーチボタンだったのです。その結果、システム内に誤った画像が登録されたまま、2日間にわたって稼働を続けてしまい、不良品がそのまま出荷されていた可能性がありました」
こうした誤操作を未然に防ぐため、Sensors Integrationのシステムではティーチボタンをあえて排除しています。その代わりに同社は、RFIDカードを使用した認可された担当者のみがアクセス可能な、事前設定済みレシピ選択画面を提供しています。さらに、イベントの記録やタイムスタンプ機能も備えており、これは製品が不合格となった原因の特定、システムが正しく稼働していることの検証、そしてあらゆる変更内容の記録に不可欠なものです。Sensors Integrationは、CRISシステムに搭載された4台のDataManリーダに、コグネックスエッジインテリジェンス（EI）を追加しました。これにより、事後のトラブルシューティングやシステム最適化のための画像アーカイブが可能になるとともに、システムを工場の製造実行システム（MES）や基幹業務システム（ERP）と連携させることで、顧客の工程全体の改善を実現しています。EIは、Sensors Integrationがすべてのコグネックスバーコードリーダに簡単かつ迅速に接続し、管理やシステム最適化を行うための手段を提供します。これは、4カメラ構成のCRISシステムにおける重要な設計要素となっています。
画像アーカイブに加えて、CRISは様々なレベルのアクセスでRFIDバッジを介してシステムへのアクセスを制御することで、動作精度を向上させます。システムとの各インタラクションは、タイムスタンプ、パーソネル名などでデジタル記録されます。さらに、各センサを排出装置と連動させることで、全システムが稼働状態にあることを常にCRISで把握できる体制を整えています。3回連続でエラーが発生した場合、または配線やアクチュエータの異常コードが検知された場合、CRISは生産ラインを停止させ、管理者に通知を行います。これらすべての機能を組み合わせることで、CRISはSix Sigmaを上回る精度を実現しています。あるテストでは、620万件を超えるUPCコードを処理しながら、失敗は一度も発生しませんでした。その時点でテストは中止されました。なぜなら、テスト用コンテナがコンベヤによる摩耗で、明らかな劣化を示し始めていたためです。
より少ないコストで実現する食品安全
センサ組み込みでは、安全性が主な懸念事項ですが、自動システムはクライアントの予算にも適合する必要があります。CRISは、既存のパッケージングラインに後付けできるよう設計されています。従来のラインの多くは、自動バーコード読み取りに必要なスペースを考慮して設計されていませんが、CRISならそのような制約をクリアできます。コンベヤを囲む4台のカメラが、画像の撮像からコード解析、PLCへの送信までをミリ秒単位の超高速で実行。生産スピードを一切落とすことなく、確実なデータ連携を実現します。コグネックスDataMan 474バーコードリーダは、可変フォーカス光学系で高速読み取り機能を提供します。このリーダは、迅速な自動調整により、ブレによる視認性の低下や読み取りミスを解消し、常に安定した検査を実現します。ただし、高度な安全機能とコスト効率を両立させるには、Sensors Integrationにとって、既存の枠組みを超えたさらなる工夫が不可欠でした。
カメラの台数が増えれば、システムの複雑化とコスト増を招き、それが導入を妨げる大きな障壁となります。しかし、長年にわたりコグネックスのインテグレータとして培ってきた経験を活かし、Sensors Integration は、可能な限り複雑さとコストを抑えるよう制御システムを設計しています。
より高価なモデルではなく、より少ないIPアドレスとポートで小型のPLCを使用することで、約10,000ドルのコスト削減を実現しました。総じて、Sensors Integrationのシステム構成を採用することで、従来よりも3万ドルを超える大幅なコストダウンが可能になります。パーツの集約と構成のシンプル化により、サプライチェーンの最適化、製作の迅速化、さらには現場での設置・調整期間の短縮といった、目に見える付加価値が生まれます。コグネックスの製品およびサービスを活用することで、Sensors Integration は、Six Sigma品質、あるいはそれ以上の品質を安定して実現する、コスト効率の高い設計を提供しています。食品検査の一般的な目標は、人々の安全を守ることです。CRISは、製品品質の検証と製品の完全性を確認するために設計された高度な画像処理ソリューションです。食品飲料業界で生産量と処理速度が高まる中、Sensors Integrationや コグネックス が提供するようなビジョンシステムは、消費者と企業の安全を守るための検査ソリューションを牽引しています。