在起飛后8個(gè)月多一點(diǎn)，好奇號(hào)火星車在8月6日凌晨降落在那片紅色的土地。采用精密的著陸技術(shù)，利用空中起重機(jī)將好奇號(hào)降落在蓋爾隕坑內(nèi)部的山腳下。歷經(jīng)近兩年的時(shí)間或者稱為一個(gè)火星年 — 在著陸后的主要任務(wù)是研究火星是否適合微生物生存，包括適合生存的化學(xué)成分。
在好奇號(hào)火星車翱翔太空之前，為了完成這個(gè)6個(gè)輪子、18,000磅重、小型汽車大小的好奇號(hào)火星車的制造。我們進(jìn)行了大量辛苦的工作，
制造之初
對(duì)于噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL, Pasadena, CA)來說，壓力可以說是巨大的，在這里，科學(xué)家、工程師以及技術(shù)人員夜以繼日的工作，為火星科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室(MSL)進(jìn)行火星車巡航階段以及下降階段設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與測(cè)試。
Gerald Clark，JPL的高級(jí)質(zhì)量工程師與品質(zhì)保證檢測(cè)服務(wù)的負(fù)責(zé)人說，MSL項(xiàng)目是一個(gè)銀河級(jí)的原型系統(tǒng)，產(chǎn)品開發(fā)階段涉及了數(shù)以萬計(jì)的零部件。在大多數(shù)情況下，團(tuán)隊(duì)需要為該項(xiàng)目的每一個(gè)零部件制造三個(gè)及以下的部件。
第一批零部件用于各種破壞與非破壞性試驗(yàn)。第二批用于火星任務(wù)。一個(gè)完全一樣的火星車將建造于模擬火星環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，用來演練飛躍數(shù)百萬英里到達(dá)火星的動(dòng)作。
NASA火星實(shí)驗(yàn)室的成員在5月將測(cè)試火星車帶到了位于加利福尼亞莫哈韋沙漠的杜蒙特沙丘。測(cè)試火星車經(jīng)歷了各種沙質(zhì)的斜坡。
除了管理一個(gè)10人的團(tuán)隊(duì)、開展各種檢測(cè)工作，Clark的工作還包括了評(píng)估與采購(gòu)用于完成超過10,000種零件、組件、裝配件驗(yàn)證的測(cè)量設(shè)備。
盡管MSL項(xiàng)目中硬件的建造方法被稱為“并行工程”，對(duì)Clark和他的團(tuán)隊(duì)來說，這意味著“所有的事情同時(shí)發(fā)生”。
Clark過去工作于傳統(tǒng)的軍工/航天制造環(huán)境下，在那里設(shè)計(jì)、計(jì)劃與制造是嚴(yán)格組織的。“最初，我想我們的工程師和制造人員是一幫牛仔，” Clark說。“看起來他們?nèi)狈?yán)格的管理。但是，退一步了解這個(gè)運(yùn)行時(shí)間短、一次性制造許多零部件的環(huán)境，就會(huì)發(fā)現(xiàn)相對(duì)之前許多的任務(wù)，實(shí)驗(yàn)室是多么的成功，我覺得我是一個(gè)需要適應(yīng)的人。”
整合是關(guān)鍵
Clark覺得他那支精干的團(tuán)隊(duì)要適應(yīng)令人發(fā)狂工作節(jié)奏、完成海量同時(shí)制造的零部件驗(yàn)證工作，關(guān)鍵所在是質(zhì)量團(tuán)隊(duì)要成為專家 — 不僅是測(cè)量設(shè)備和軟件應(yīng)用，還需要幫助設(shè)計(jì)與制造人員實(shí)現(xiàn)特殊零部件的開發(fā)，并制造出符合要求的成品，絕對(duì)不存在失敗的可能性。事實(shí)上，一些測(cè)量機(jī)(CMMs)和其他一些設(shè)備缺乏統(tǒng)一的接口，在Clark的建議下，被搬離制造現(xiàn)場(chǎng)。
今天，JPL擁有來自?？怂箍涤?jì)量各種尺寸的測(cè)量機(jī)，還包括配備觸發(fā)測(cè)頭的ROMER關(guān)節(jié)臂以及Leica激光跟蹤儀，均配備來自?？怂箍涤?jì)量統(tǒng)一的PC-DMIS企業(yè)計(jì)量解決方案(EMS)軟件。另外，JPL超過200個(gè)合約部件制造商以及所有獨(dú)立的測(cè)量實(shí)驗(yàn)室可以采用不同類型的測(cè)量設(shè)備，使用同一軟件完成工件的測(cè)量、產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告。作為回報(bào)，精干的測(cè)量團(tuán)隊(duì)有個(gè)各種不同的選擇，以配合實(shí)驗(yàn)室無法預(yù)測(cè)的工作節(jié)奏。
除了使用的測(cè)量設(shè)備，通用測(cè)量程序一般在JPL編制，采用脫機(jī)編程工作站在設(shè)計(jì)之初以及制造階段。最終，這些程序被應(yīng)用于并行工作的工程和制造環(huán)節(jié)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的輸出：PDF、RTF文件或者PC-DMIS數(shù)據(jù)程序文件。
在JPL，編程的第一步是將A版本的UG CAD文件以step格式導(dǎo)入到PC-DMIS。在這一步，工程師將與質(zhì)量人員合作，明確最為重要的設(shè)計(jì)參數(shù)和適合的基準(zhǔn)。來自檢測(cè)團(tuán)隊(duì)的人員憑借指向與點(diǎn)擊編程技術(shù)建立檢測(cè)程序。
因?yàn)檎麄€(gè)太空船是一個(gè)樣品，設(shè)計(jì)指標(biāo)直到制造已經(jīng)開始了還沒有確定。“我們需要制造之前從未做過的，取得之前沒有的成就，”Clark說。“設(shè)計(jì)修改在整個(gè)制造與裝配過程中不斷的出現(xiàn)。”
例如，決定將一些的重要的部件精煉以減輕重量，這就導(dǎo)致了增加結(jié)構(gòu)剛性的需要，以增強(qiáng)剛性質(zhì)量比。這樣，更改的設(shè)計(jì)與制造過程要求對(duì)關(guān)鍵參數(shù)和測(cè)量策略進(jìn)行更改 – 這是經(jīng)常要發(fā)生的事情。
當(dāng)需要驗(yàn)證一個(gè)完工部件，設(shè)計(jì)一般需要從Rev A升級(jí)到Rev E、F甚至G。對(duì)程序的更改需要進(jìn)一步咨詢工程師，這樣使得測(cè)量程序能夠很快的更改。PC-DMIS開放的結(jié)構(gòu)允許修改可以在任何地點(diǎn)、任何順序進(jìn)行。
每天都不平凡
如此眾多的零部件，分布于設(shè)計(jì)與制造的不同階段，對(duì)Clark和他的同事來說難以預(yù)測(cè)每天會(huì)發(fā)生什么。“有時(shí)，你都不知道下個(gè)小時(shí)會(huì)發(fā)生什么，”Clark說。“我們80%的零部件都是由外部供應(yīng)商提供。我們能夠知道它們何時(shí)到位，我們提前對(duì)最復(fù)雜的工件進(jìn)行編程使之不成為檢測(cè)領(lǐng)域的瓶頸。”
JPL的計(jì)劃不是以周濟(jì)，而是以天甚至小時(shí)。“我們保持著持續(xù)的溝通，”Clark說。“在不同測(cè)量系統(tǒng)上擁有統(tǒng)一的軟件平臺(tái)幫助我們適應(yīng)這變化的環(huán)境。誰測(cè)量、測(cè)量什么、在那里測(cè)量、用那臺(tái)設(shè)備 - 我們經(jīng)常做最后一分鐘的改變。”
通過郵件遠(yuǎn)程進(jìn)行源頭測(cè)試。Clark最近一天內(nèi)進(jìn)行了三次，而一天內(nèi)兩次是經(jīng)常的事。不用到供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工件驗(yàn)收，Clark要求其制造伙伴將測(cè)量程序以及所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)發(fā)郵件給他，減除CAD模型一邊減小文件的大小。“我們不能承受派人出差只進(jìn)行源頭測(cè)試，”Clark說。“只要我們能夠獲得數(shù)據(jù)，PC-DMIS允許我們對(duì)任何過程進(jìn)行分析，使用的基準(zhǔn)或者相關(guān)特征的位置。擁有可分析的數(shù)據(jù)和派人到現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量過程具有同等效果。我們甚至可以用這些數(shù)據(jù)回答‘如果…又怎樣’這樣的問題。”
“你可以在軟件中隨意的調(diào)整，分析發(fā)現(xiàn)的不符合之處，與工程師商議判定汞加納的驗(yàn)收，”Clark說。“這樣，我們可以遠(yuǎn)程進(jìn)行源頭測(cè)試認(rèn)定，推薦需要的更改，并在我們的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)工作。”
JPL購(gòu)買的ROMER關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)，配備的是PC-DMIS Portable軟件，并將其整合于檢測(cè)團(tuán)隊(duì)的工作過程中，用于加工過程中的檢測(cè)。只需很少的調(diào)整，用于測(cè)量機(jī)的程序也可以應(yīng)用于關(guān)節(jié)臂。利用關(guān)節(jié)臂，一些工件還固定在設(shè)備上時(shí)，利用原來的基準(zhǔn)就可以測(cè)量。
JPL還通過利用關(guān)節(jié)臂測(cè)量測(cè)量機(jī)行程范圍外的特征而實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的擴(kuò)展。這種測(cè)量可以通過將關(guān)節(jié)臂與測(cè)量機(jī)納入到同一測(cè)量程序中或者是將關(guān)節(jié)臂采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到主程序中獲得。任何一種情況下，JPL都能夠避免將工件送到一個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室所需的時(shí)間和費(fèi)用 。
當(dāng)實(shí)驗(yàn)室需要測(cè)量的工件很大，JPL使用一臺(tái)DEA龍門式測(cè)量系統(tǒng)，是從JPL一個(gè)加工供應(yīng)商那里，利用夜班的時(shí)間租用。JPL還利用來自獨(dú)立檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)以應(yīng)對(duì)測(cè)量的高峰。無論零件在那里測(cè)量，檢測(cè)設(shè)備使用的都是同一測(cè)量軟件，這樣程序和報(bào)告在JPL檢測(cè)供應(yīng)商層面保持一致。
Clark說統(tǒng)一測(cè)量軟件的最大好處在于給予了實(shí)驗(yàn)室何時(shí)、何地、如何測(cè)量工件、誰來測(cè)量的靈活性。 “PC-DMIS EMS允許利用單一檢測(cè)程序傳遞檢測(cè)規(guī)劃，在各種設(shè)備、各種場(chǎng)合完成測(cè)量，”Clark說。“一旦條件變化，我們還有其他選擇。統(tǒng)一的軟件平臺(tái)使得檢測(cè)團(tuán)隊(duì)將注意力集中在完成全部工件品質(zhì)控制的大場(chǎng)景。”
好奇號(hào)與火星會(huì)面
一旦在火星著陸，固定在好奇號(hào)機(jī)械臂的相機(jī)將會(huì)在很近的距離拍攝巖石、泥土圖片，了解小于頭發(fā)絲寬度的細(xì)節(jié)。在制造機(jī)械臂和立體相機(jī)的過程中，超高精度測(cè)量機(jī)Leitz PMM-C，配備LSP-S掃描測(cè)頭以及PC-DMIS軟件用于鏡頭的檢測(cè)，因?yàn)樵摍C(jī)精度高、觸測(cè)力小。
一個(gè)測(cè)量需要在500 mm的行程區(qū)間測(cè)量一個(gè)3英寸直徑的鏡頭，測(cè)量重復(fù)性達(dá)到位置精度的五分之一。盡管在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)，在實(shí)際操作中，由于過程的不確定性而增加了測(cè)量的難度。另外一項(xiàng)測(cè)量的挑戰(zhàn)存在于鏡頭的組裝，需要將支撐桿保持垂直與平行。
來自?？怂箍涤?jì)量的應(yīng)用專家進(jìn)行了詳盡的重復(fù)性試驗(yàn)，意圖找到不確定度的源頭。應(yīng)用團(tuán)隊(duì)確定測(cè)量不確定度在溫度變化過程中表現(xiàn)明顯。利用自動(dòng)測(cè)頭更換架以及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，并貫徹一些基本的計(jì)量理念，幫助獲得理想的結(jié)果。關(guān)于鏡頭的匹配，在科學(xué)家們移動(dòng)鏡頭時(shí)，PC-DMIS進(jìn)行測(cè)量，這確保了鏡頭在伸縮過程中保持居中。
控制溫度幫助減少由于機(jī)器結(jié)構(gòu)以及測(cè)量機(jī)部件不對(duì)等伸縮所造成的誤差，比如測(cè)頭加長(zhǎng)桿、探針以及夾具。采用自動(dòng)測(cè)頭更換架、選定適合的測(cè)量時(shí)間也能夠優(yōu)化測(cè)量結(jié)果。重復(fù)性從五分之四降低到了五分之一，穩(wěn)定了制造過程，減少裝配時(shí)間，提升了制造產(chǎn)品的確信度，并滿足了制造要求。因?yàn)樵诨鹦巧显O(shè)備更換出錯(cuò)是不允許的。
