在起飛后8個月多一點,好奇號火星車在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,利用空中起重機將好奇號降落在蓋爾隕坑內部的山腳下。歷經近兩年的時間或者稱為一個火星年 — 在著陸后的主要任務是研究火星是否適合微生物生存,包括適合生存的化學成分。
    在好奇號火星車翱翔太空之前,為了完成這個6個輪子、18,000磅重、小型汽車大小的好奇號火星車的制造。我們進行了大量辛苦的工作,
制造之初
    對于噴射推進實驗室(JPL, Pasadena, CA)來說,壓力可以說是巨大的,在這里,科學家、工程師以及技術人員夜以繼日的工作,為火星科學研究實驗室(MSL)進行火星車巡航階段以及下降階段設備的設計、制造與測試。
    Gerald Clark,JPL的高級質量工程師與品質保證檢測服務的負責人說,MSL項目是一個銀河級的原型系統,產品開發階段涉及了數以萬計的零部件。在大多數情況下,團隊需要為該項目的每一個零部件制造三個及以下的部件。
    第一批零部件用于各種破壞與非破壞性試驗。第二批用于火星任務。一個完全一樣的火星車將建造于模擬火星環境實驗室,用來演練飛躍數百萬英里到達火星的動作。
    NASA火星實驗室的成員在5月將測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。測試火星車經歷了各種沙質的斜坡。
    除了管理一個10人的團隊、開展各種檢測工作,Clark的工作還包括了評估與采購用于完成超過10,000種零件、組件、裝配件驗證的測量設備。
盡管MSL項目中硬件的建造方法被稱為“并行工程”,對Clark和他的團隊來說,這意味著“所有的事情同時發生”。
    Clark過去工作于傳統的軍工/航天制造環境下,在那里設計、計劃與制造是嚴格組織的。“最初,我想我們的工程師和制造人員是一幫牛仔,” Clark說。“看起來他們缺乏嚴格的管理。但是,退一步了解這個運行時間短、一次性制造許多零部件的環境,就會發現相對之前許多的任務,實驗室是多么的成功,我覺得我是一個需要適應的人。”
整合是關鍵
    Clark覺得他那支精干的團隊要適應令人發狂工作節奏、完成海量同時制造的零部件驗證工作,關鍵所在是質量團隊要成為專家 — 不僅是測量設備和軟件應用,還需要幫助設計與制造人員實現特殊零部件的開發,并制造出符合要求的成品,絕對不存在失敗的可能性。事實上,一些測量機(CMMs)和其他一些設備缺乏統一的接口,在Clark的建議下,被搬離制造現場。
    今天,JPL擁有來自海克斯康計量各種尺寸的測量機,還包括配備觸發測頭的ROMER關節臂以及Leica激光跟蹤儀,均配備來自海克斯康計量統一的PC-DMIS企業計量解決方案(EMS)軟件。另外,JPL超過200個合約部件制造商以及所有獨立的測量實驗室可以采用不同類型的測量設備,使用同一軟件完成工件的測量、產生標準化的報告。作為回報,精干的測量團隊有個各種不同的選擇,以配合實驗室無法預測的工作節奏。
    除了使用的測量設備,通用測量程序一般在JPL編制,采用脫機編程工作站在設計之初以及制造階段。最終,這些程序被應用于并行工作的工程和制造環節,產生標準化的輸出:PDF、RTF文件或者PC-DMIS數據程序文件。
    在JPL,編程的第一步是將A版本的UG CAD文件以step格式導入到PC-DMIS。在這一步,工程師將與質量人員合作,明確最為重要的設計參數和適合的基準。來自檢測團隊的人員憑借指向與點擊編程技術建立檢測程序。
    因為整個太空船是一個樣品,設計指標直到制造已經開始了還沒有確定。“我們需要制造之前從未做過的,取得之前沒有的成就,”Clark說。“設計修改在整個制造與裝配過程中不斷的出現。”
    例如,決定將一些的重要的部件精煉以減輕重量,這就導致了增加結構剛性的需要,以增強剛性質量比。這樣,更改的設計與制造過程要求對關鍵參數和測量策略進行更改 – 這是經常要發生的事情。
    當需要驗證一個完工部件,設計一般需要從Rev A升級到Rev E、F甚至G。對程序的更改需要進一步咨詢工程師,這樣使得測量程序能夠很快的更改。PC-DMIS開放的結構允許修改可以在任何地點、任何順序進行。
每天都不平凡
    如此眾多的零部件,分布于設計與制造的不同階段,對Clark和他的同事來說難以預測每天會發生什么。“有時,你都不知道下個小時會發生什么,”Clark說。“我們80%的零部件都是由外部供應商提供。我們能夠知道它們何時到位,我們提前對最復雜的工件進行編程使之不成為檢測領域的瓶頸。”
    JPL的計劃不是以周濟,而是以天甚至小時。“我們保持著持續的溝通,”Clark說。“在不同測量系統上擁有統一的軟件平臺幫助我們適應這變化的環境。誰測量、測量什么、在那里測量、用那臺設備 - 我們經常做最后一分鐘的改變。”
通過郵件遠程進行源頭測試。Clark最近一天內進行了三次,而一天內兩次是經常的事。不用到供應商現場進行工件驗收,Clark要求其制造伙伴將測量程序以及所有的數據點發郵件給他,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行源頭測試,”Clark說。“只要我們能夠獲得數據,PC-DMIS允許我們對任何過程進行分析,使用的基準或者相關特征的位置。擁有可分析的數據和派人到現場觀察測量過程具有同等效果。我們甚至可以用這些數據回答‘如果…又怎樣’這樣的問題。”
    “你可以在軟件中隨意的調整,分析發現的不符合之處,與工程師商議判定汞加納的驗收,”Clark說。“這樣,我們可以遠程進行源頭測試認定,推薦需要的更改,并在我們的實驗室進行檢測工作。”
    JPL購買的ROMER關節臂測量機,配備的是PC-DMIS Portable軟件,并將其整合于檢測團隊的工作過程中,用于加工過程中的檢測。只需很少的調整,用于測量機的程序也可以應用于關節臂。利用關節臂,一些工件還固定在設備上時,利用原來的基準就可以測量。
    JPL還通過利用關節臂測量測量機行程范圍外的特征而實現測量范圍的擴展。這種測量可以通過將關節臂與測量機納入到同一測量程序中或者是將關節臂采集的數據導入到主程序中獲得。任何一種情況下,JPL都能夠避免將工件送到一個獨立實驗室所需的時間和費用 。
    當實驗室需要測量的工件很大,JPL使用一臺DEA龍門式測量系統,是從JPL一個加工供應商那里,利用夜班的時間租用。JPL還利用來自獨立檢測實驗室的服務以應對測量的高峰。無論零件在那里測量,檢測設備使用的都是同一測量軟件,這樣程序和報告在JPL檢測供應商層面保持一致。
    Clark說統一測量軟件的最大好處在于給予了實驗室何時、何地、如何測量工件、誰來測量的靈活性。 “PC-DMIS EMS允許利用單一檢測程序傳遞檢測規劃,在各種設備、各種場合完成測量,”Clark說。“一旦條件變化,我們還有其他選擇。統一的軟件平臺使得檢測團隊將注意力集中在完成全部工件品質控制的大場景。”
好奇號與火星會面
    一旦在火星著陸,固定在好奇號機械臂的相機將會在很近的距離拍攝巖石、泥土圖片,了解小于頭發絲寬度的細節。在制造機械臂和立體相機的過程中,超高精度測量機Leitz PMM-C,配備LSP-S掃描測頭以及PC-DMIS軟件用于鏡頭的檢測,因為該機精度高、觸測力小。
    一個測量需要在500 mm的行程區間測量一個3英寸直徑的鏡頭,測量重復性達到位置精度的五分之一。盡管在理論上能夠實現,在實際操作中,由于過程的不確定性而增加了測量的難度。另外一項測量的挑戰存在于鏡頭的組裝,需要將支撐桿保持垂直與平行。
    來自海克斯康計量的應用專家進行了詳盡的重復性試驗,意圖找到不確定度的源頭。應用團隊確定測量不確定度在溫度變化過程中表現明顯。利用自動測頭更換架以及溫度補償系統,并貫徹一些基本的計量理念,幫助獲得理想的結果。關于鏡頭的匹配,在科學家們移動鏡頭時,PC-DMIS進行測量,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器結構以及測量機部件不對等伸縮所造成的誤差,比如測頭加長桿、探針以及夾具。采用自動測頭更換架、選定適合的測量時間也能夠優化測量結果。重復性從五分之四降低到了五分之一,穩定了制造過程,減少裝配時間,提升了制造產品的確信度,并滿足了制造要求。因為在火星上設備更換出錯是不允許的。
 

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