六西格玛管理在工业机器人领域的应用（下）

一、优化阶段应用研究

1、试验设计及优化分析

根据设计阶段的设计记分卡，对于工业机器人演示系统来说，抓取精度并不理想，需要进行优化设计。机械手的抓取精度与机械手各关节的旋转角速度有关。机械手不同关节的旋转角速度组合对结果有很大影响。因此，需要对机械手各关节的旋转角速度进行优化，以满足机械手的抓取精度要求。选取工业机器人演示系统中机械手关节的角速度作为设计变量，机械手的抓取精度作为响应变量。采用田口试验设计法，每个因素选取三个水平，需要九次分析。通过分析，机械臂的抓取精度主要由关节1、关节2和关节5的旋转角速度决定。根据测试结果，拟合转换函数:

2、蒙特卡罗模拟

优化后的三个因子在取值范围内满足正态分布，因子1的标准差为0.9，因子2和因子3的标准差为0.5。据统计分析，抓取精度的C pk为1.54，没有达到六西格玛的要求。因此，在现有参数的基础上，根据数值拟合表达式进行参数敏感性分析(计算偏导数)，进而修正设计参数。从偏导数可以看出，关节2和关节5的角速度对抓取精度的影响小于关节1的角速度。因此，有必要重点改进接头1的公差设计。通过将因子1的标准差提高到0.5，因子2和3的标准差仍然是0.5，抓取精度的响应，如图3所示，抓取精度的C pk为2.59，达到了六西格玛的水平。实验结果令人满意，同时也验证了关节1的转动角速度对抓取精度的影响很大。

二、验证阶段的应用研究

验证阶段工作包括制定原型计划、验证计划、标准操作程序、质量控制计划、项目移交计划和下一个项目计划。重点验证试验包括机械臂抓取精度试验、双目跟踪验证试验和目标抓取验证试验，并对结果进行统计分析，均满足过程控制性能要求(见图4)。通过六西格玛 design实现了创新产品的低成本设计和可靠的设计质量，性能满足了客户的需求，直接效益约600万元。同时，未来经济效益有望超过1000万元。