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영어

The domestic food service and institutional catering industries are facing a structural transition characterized by labor shortages, rising cost pressures, and increasing occupational health risks associated with high-temperature frying processes and cooking fume exposure. In particular, school meal operations continue to experience growing workforce vacancies and turnover, intensifying the need for process-level technological solutions that can mitigate inherent workplace hazards. However, most existing cooking automation systems have focused primarily on productivity-oriented mechanization and have shown limitations in integrating environmental risk management at the equipment level. Accordingly, this study redefines cooking equipment as a process system that integrates environmental control, hygiene and quality management, and process automation, and experimentally evaluates the performance and operational feasibility of the collaborative robot–based cooking automation system, POP-BOT. Comparative experiments were conducted under simulated real kitchen conditions using the POP-BOT prototype and a conventional open-type fryer. Cooking fume concentrations were continuously measured for 12 hours at multiple locations including the operator breathing zone, while cooking oil degradation was analyzed using acid value under repeated frying cycles. System throughput, operational stability, and energy consumption were also assessed through continuous operation tests. The results show that the POP-BOT achieved approximately 85% reduction in PM2.5 concentration at the operator breathing zone compared with the control system, attributable to the integrated semi-enclosed chamber, air curtain, and source-capture exhaust design. The automated oil purification and circulation process effectively suppressed acid value increases and maintained oil quality stability under repeated cooking conditions. The system recorded an average throughput of 52.3 chickens per hour, exceeding the target capacity, and demonstrated high operational reliability during extended runs. Although total equipment power consumption increased, energy use per unit of output improved due to higher productivity. This study contributes by extending cooking automation beyond simple motion mechanization toward an integrated process system incorporating exposure reduction, instrument-based oil quality management, and embedded safety functions. From a managerial perspective, the findings indicate potential improvements in labor dependency, productivity stability, and kitchen environmental conditions. Future research should incorporate quantitative economic validation—including labor cost savings, oil consumption reduction, and industrial accident cost mitigation—through ROI and break-even analyses. In addition, diffusion strategies such as Robot-as-a-Service (RaaS) models and pilot deployment in public catering environments are recommended to further verify the managerial feasibility and market applicability of the proposed system.

한국어

국내 요식·공공급식 산업은 인력 수급 불안정과 비용 구조 압박이 심화되는 가운데, 튀김 공정의 고온 작업과 조리흄 노출로 인한 산업안전· 보건 리스크가 구조적으로 누적되고 있다. 특히 학교급식 현장에서는 결원 확대와 이탈률 증가가 지속되며 공정 자체의 위험을 완화할 수 있는 설비 혁신 수요가 커지고 있다. 그러나 기존 조리 자동화 시스템은 생산성 중심의 기계화에 집중하여, 조리환경 위험요인을 설비 수준에서 통 합 관리하는 데 한계를 보여왔다. 이에 본 연구는 조리 설비를 환경 제어–위생·품질 관리–공정 자동화가 결합된 공정 시스템으로 재정의하고, 협동로봇 기반 조리자동화 장치 POP-BOT의 성능과 운영 가능성을 실험적으로 검증하는 데 목적을 두었다. 실험은 실제 조리 환경을 모사한 조건에서 POP-BOT 프로토타입과 개방형 수동 튀김기를 비교하는 방식으로 수행되었다. 조리흄 농도는 작업자 호흡 영역을 포함한 다지점에 서 12시간 연속 측정하였고, 식용유 열화는 산가 지표를 활용해 반복 조리 조건에서 분석하였다. 또한 연속 운전을 통해 시간당 처리량과 시스 템 안정성을 평가하고, 전력계측을 통해 에너지 특성을 함께 검토하였다. 분석 결과, POP-BOT은 반밀폐 챔버, 에어커튼, 발생원 근접 배기를 결합한 구조를 통해 작업자 호흡 영역 기준 PM2.5 농도를 대조군 대비 약 85% 저감하였다. 식용유 자동 정제·순환 공정은 산가 상승을 효과적 으로 억제하여 반복 조리 조건에서도 품질 안정성을 유지하였다. 생산성은 시간당 평균 52.3마리로 목표치를 상회했으며, 장시간 운전에서도 높은 가동 안정성이 확인되었다. 설비 기준 전력 사용은 증가했으나, 처리량을 고려한 단위 생산량당 에너지 효율은 개선되는 경향을 보였다. 본 연구는 조리 자동화를 단순 동작 기계화에서 벗어나 작업자 노출 저감, 유지 품질의 계측 기반 관리, 안전 기능을 통합한 공정 시스템으로 확 장했다는 점에서 의의가 있다. 실무적으로는 인력 의존도 완화와 생산성 안정화, 조리환경 개선 가능성을 동시에 제시하였다. 향후 연구에서는 인건비 절감, 식용유 절감, 산업재해 비용 감소를 반영한 ROI 및 손익분기점(BEP) 분석과 함께 렌탈·구독(RaaS) 기반 확산 전략과 공공급식 실증을 병행함으로써 기술 도입의 경영적 타당성과 시장 적용성을 정밀하게 검증할 필요가 있다.