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奔赴火星的計量承諾

面臨的挑戰：

來自海克斯康的解決方案：

在好(hao)奇號翱翔太(tai)空之前，為(wei)完成(cheng)這個6個輪(lun)子、18,000磅重、小(xiao)型汽車大小(xiao)的火星車制(zhi)造，進行(xing)了大量辛苦(ku)的工作。

制造之初

對于噴射(she)推(tui)進(jin)實(shi)驗(yan)室(shi)(JPL, Pasadena, CA)來(lai)說(shuo)，壓力(li)可以說(shuo)是巨大的(de)，在這(zhe)里，科學家(jia)、工程師以及(ji)技術人員夜以繼日(ri)的(de)工作，為火星科學研究(jiu)實(shi)驗(yan)室(shi)(MSL)進(jin)行火星車(che)巡航階段以及(ji)下降階段設備(bei)的(de)設計、制造與測試。

Gerald Clark，JPL的(de)(de)高(gao)級質量(liang)工(gong)程師與品質保證(zheng)檢測服務(wu)的(de)(de)負責(ze)人(ren)說，MSL項(xiang)目是一(yi)個銀河級的(de)(de)原型(xing)系統(tong)，產品開發階段(duan)涉及了數(shu)以萬計的(de)(de)零(ling)部(bu)(bu)件(jian)。在大多數(shu)情(qing)況下，團隊需要為(wei)該項(xiang)目的(de)(de)每一(yi)個零(ling)部(bu)(bu)件(jian)制造三個及以下的(de)(de)部(bu)(bu)件(jian)，用于各種破壞與非破壞性試(shi)驗、火星任務(wu)以及火星環境模擬(ni)。

除(chu)了(le)管理一個10人的(de)(de)(de)團隊、開展各種檢測工(gong)(gong)作，Clark的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作還包括了(le)評估與采購用于完成超過10,000種零件(jian)(jian)、組件(jian)(jian)、裝配(pei)件(jian)(jian)驗證的(de)(de)(de)測量設(she)備。

MSL項目中硬件(jian)的(de)建(jian)造方法被稱為并行工程，對Clark和他(ta)的(de)團隊來說，這(zhe)意味著所有的(de)事(shi)情同時發生(sheng)。

整合是關鍵

要適應(ying)令人發狂(kuang)工(gong)作節奏、完(wan)成(cheng)海量同時制造(zao)的(de)零(ling)部件(jian)驗證(zheng)工(gong)作，Clark覺得關(guan)鍵所在(zai)是(shi)(shi)質(zhi)量團隊要成(cheng)為專(zhuan)家，不(bu)僅(jin)是(shi)(shi)測量設備和軟(ruan)件(jian)應(ying)用，還(huan)需(xu)要幫助設計與制造(zao)人員實現特殊零(ling)部件(jian)的(de)開(kai)發，并制造(zao)出符合(he)要求的(de)成(cheng)品(pin)，絕對(dui)不(bu)存在(zai)失敗的(de)可能性。事實上，一些(xie)測量機(CMMs)和其他一些(xie)設備缺乏統一的(de)接口，在(zai)Clark的(de)建議下，被(bei)搬(ban)離(li)制造(zao)現場。

今天，JPL擁(yong)有來自海克(ke)斯康(kang)計量(liang)各種尺寸的(de)(de)測(ce)量(liang)機(ji)，還包括(kuo)配備(bei)觸(chu)發測(ce)頭的(de)(de)關節臂以(yi)及Leica激光(guang)跟蹤(zong)儀(yi)，均配備(bei)來自海克(ke)斯康(kang)計量(liang)統一的(de)(de)PC-DMIS企業計量(liang)解決方案(EMS)軟件(jian)。另外，JPL超過200個合(he)(he)約部件(jian)制造商以(yi)及所有獨(du)立的(de)(de)測(ce)量(liang)實(shi)驗室可以(yi)采(cai)用不同類型的(de)(de)測(ce)量(liang)設備(bei)，使(shi)用同一軟件(jian)完(wan)成工(gong)件(jian)的(de)(de)測(ce)量(liang)、產生標準化(hua)的(de)(de)報告(gao)。作(zuo)為回報，精(jing)干的(de)(de)測(ce)量(liang)團隊(dui)有個各種不同的(de)(de)選擇，以(yi)配合(he)(he)實(shi)驗室無法預(yu)測(ce)的(de)(de)工(gong)作(zuo)節奏。

除了使用(yong)的(de)測量設(she)備，通用(yong)測量程序一(yi)般(ban)在JPL編(bian)制，采用(yong)脫(tuo)機(ji)編(bian)程工作(zuo)站在設(she)計之(zhi)初(chu)以(yi)及(ji)制造(zao)階段。最終，這些(xie)程序被應用(yong)于并行工作(zuo)的(de)工程和制造(zao)環節，產(chan)生(sheng)標(biao)準化的(de)輸出：PDF、RTF文(wen)件(jian)或者PC-DMIS數據程序文(wen)件(jian)。

在JPL，編程(cheng)的第一步(bu)是將A版本的UG CAD文件(jian)以step格式導入到PC-DMIS。在這一步(bu)，工(gong)程(cheng)師將與(yu)質量人員合作(zuo)，明確最為重要(yao)的設(she)計參(can)數和適合的基準。來自(zi)檢測(ce)團隊的人員憑(ping)借(jie)指向與(yu)點擊(ji)編程(cheng)技術建立檢測(ce)程(cheng)序。

因為(wei)整個太空船是(shi)一個樣品(pin)，設(she)(she)計(ji)指(zhi)標直(zhi)到制(zhi)造(zao)已經開始了(le)還沒(mei)有確定(ding)。我們需要制(zhi)造(zao)之(zhi)前(qian)從未做過的(de)，取得之(zhi)前(qian)沒(mei)有的(de)成就，Clark說(shuo)。設(she)(she)計(ji)修改(gai)在(zai)整個制(zhi)造(zao)與(yu)裝配過程中(zhong)不斷的(de)出現(xian)。

例如，決(jue)定將一(yi)些的(de)(de)(de)重(zhong)要的(de)(de)(de)部件(jian)精(jing)煉以減輕重(zhong)量(liang)，這(zhe)就導致(zhi)了增加結構剛(gang)(gang)性的(de)(de)(de)需要，以增強(qiang)剛(gang)(gang)性質(zhi)量(liang)比。這(zhe)樣，更(geng)改(gai)的(de)(de)(de)設計與(yu)制(zhi)造(zao)過程要求對關鍵參(can)數和測(ce)量(liang)策略(lve)進行(xing)更(geng)改(gai)這(zhe)是經常要發(fa)生的(de)(de)(de)事情。

當需要驗證一(yi)個(ge)完(wan)工部(bu)件，設計一(yi)般需要從(cong)Rev A升級到Rev E、F甚至G。對(dui)程序(xu)的(de)(de)更改(gai)(gai)(gai)需要進(jin)一(yi)步咨詢工程師，這(zhe)樣使得(de)測量程序(xu)能夠(gou)很(hen)快的(de)(de)更改(gai)(gai)(gai)。PC-DMIS開(kai)放的(de)(de)結構(gou)允許修(xiu)改(gai)(gai)(gai)可以(yi)在任(ren)(ren)何(he)地(di)點、任(ren)(ren)何(he)順序(xu)進(jin)行。

每天都不平凡

如此眾(zhong)多的(de)(de)零(ling)(ling)部(bu)件，分布于設計(ji)與制造的(de)(de)不(bu)(bu)同階段，對Clark和他的(de)(de)同事(shi)來(lai)說(shuo)難以(yi)(yi)預測每天會發(fa)生什么。有時，你都不(bu)(bu)知道(dao)下個小(xiao)時會發(fa)生什么，Clark說(shuo)。我(wo)(wo)們(men)80%的(de)(de)零(ling)(ling)部(bu)件都是(shi)由外部(bu)供應(ying)商提(ti)供。我(wo)(wo)們(men)能夠知道(dao)它們(men)何時到位，我(wo)(wo)們(men)提(ti)前對最復雜(za)的(de)(de)工件進行編程(cheng)使(shi)之不(bu)(bu)成(cheng)為檢測領(ling)域的(de)(de)瓶頸。JPL的(de)(de)計(ji)劃不(bu)(bu)是(shi)以(yi)(yi)周濟，而是(shi)以(yi)(yi)天甚至小(xiao)時。我(wo)(wo)們(men)保持(chi)著(zhu)持(chi)續的(de)(de)溝通，Clark說(shuo)。“在不(bu)(bu)同測量(liang)系統上擁有統一的(de)(de)軟件平臺幫助(zhu)我(wo)(wo)們(men)適(shi)應(ying)這變化的(de)(de)環(huan)境。誰測量(liang)、測量(liang)什么、在那里測量(liang)、用那臺設備 - 我(wo)(wo)們(men)經常做最后(hou)一分鐘的(de)(de)改變。”

通過郵件遠程(cheng)進(jin)行(xing)源頭測試。Clark最(zui)近(jin)一(yi)天(tian)(tian)內(nei)(nei)進(jin)行(xing)了三(san)次，而(er)一(yi)天(tian)(tian)內(nei)(nei)兩(liang)次是經常的(de)事。不用到供應(ying)商現場進(jin)行(xing)工件驗收，Clark要求(qiu)其制造伙伴將測量程(cheng)序以(yi)及所有(you)(you)(you)的(de)數(shu)據點發(fa)郵件給他，減除(chu)CAD模型(xing)一(yi)邊減小文件的(de)大小。我(wo)們(men)不能承受派人出差只進(jin)行(xing)源頭測試，Clark說(shuo)。只要我(wo)們(men)能夠獲(huo)得數(shu)據，PC-DMIS允許我(wo)們(men)對(dui)任何過程(cheng)進(jin)行(xing)分析(xi)，使用的(de)基準或者相關特征的(de)位(wei)置。擁有(you)(you)(you)可分析(xi)的(de)數(shu)據和派人到現場觀察測量過程(cheng)具(ju)有(you)(you)(you)同等效果。我(wo)們(men)甚至可以(yi)用這些(xie)數(shu)據回答，如果又(you)怎樣這樣的(de)問題(ti)。

你(ni)可以(yi)在(zai)軟件中隨意的(de)(de)調整，分析發現的(de)(de)不符合之處(chu)，與工(gong)程師商議判定汞加納的(de)(de)驗(yan)收，Clark說。這樣，我們可以(yi)遠程進行源頭(tou)測試認定，推薦需要的(de)(de)更(geng)改，并在(zai)我們的(de)(de)實驗(yan)室進行檢測工(gong)作。

JPL購買的關(guan)節(jie)臂測量(liang)(liang)機(ji)(ji)，配備(bei)的是PC-DMIS Portable軟(ruan)件，并將其整合于檢(jian)(jian)測團(tuan)隊的工(gong)作(zuo)過程中，用(yong)(yong)(yong)于加工(gong)過程中的檢(jian)(jian)測。只需很少的調整，用(yong)(yong)(yong)于測量(liang)(liang)機(ji)(ji)的程序也(ye)可(ke)以應用(yong)(yong)(yong)于關(guan)節(jie)臂。利用(yong)(yong)(yong)關(guan)節(jie)臂，一些工(gong)件還固定在設備(bei)上時，利用(yong)(yong)(yong)原來的基準就可(ke)以測量(liang)(liang)。

JPL還通(tong)過(guo)利用關(guan)節(jie)臂測量(liang)(liang)測量(liang)(liang)機(ji)行程(cheng)范圍外的(de)特征(zheng)而(er)實(shi)現測量(liang)(liang)范圍的(de)擴展。這種測量(liang)(liang)可以通(tong)過(guo)將(jiang)關(guan)節(jie)臂與測量(liang)(liang)機(ji)納入到(dao)同一測量(liang)(liang)程(cheng)序(xu)中(zhong)(zhong)或者(zhe)是將(jiang)關(guan)節(jie)臂采集的(de)數據(ju)導入到(dao)主程(cheng)序(xu)中(zhong)(zhong)獲得。任何一種情況下，JPL都能夠避免將(jiang)工件送到(dao)一個(ge)獨立(li)實(shi)驗(yan)室所(suo)需的(de)時(shi)間和費用。

當實(shi)驗(yan)室(shi)需要測(ce)量(liang)的工件很大，JPL使用一(yi)臺DEA龍(long)門(men)式測(ce)量(liang)系統(tong)，是從JPL一(yi)個加工供應(ying)商那(nei)里(li)(li)，利用夜班的時間租用。JPL還利用來自(zi)獨(du)立檢(jian)測(ce)實(shi)驗(yan)室(shi)的服務以(yi)應(ying)對測(ce)量(liang)的高(gao)峰。無論零件在那(nei)里(li)(li)測(ce)量(liang)，檢(jian)測(ce)設備使用的都是同一(yi)測(ce)量(liang)軟件，這樣(yang)程(cheng)序和(he)報告(gao)在JPL檢(jian)測(ce)供應(ying)商層面保持一(yi)致。

Clark說統一(yi)測(ce)(ce)(ce)量軟件的(de)(de)最(zui)大(da)好處在(zai)于給予(yu)了(le)實驗(yan)室何時、何地、如何測(ce)(ce)(ce)量工件、誰來(lai)測(ce)(ce)(ce)量的(de)(de)靈活性。 PC-DMIS EMS允許(xu)利用單一(yi)檢測(ce)(ce)(ce)程序傳遞檢測(ce)(ce)(ce)規劃，在(zai)各(ge)種(zhong)設備、各(ge)種(zhong)場(chang)合(he)完(wan)成測(ce)(ce)(ce)量，Clark說。一(yi)旦條件變化，我們(men)還有(you)其他選擇。統一(yi)的(de)(de)軟件平臺使得(de)檢測(ce)(ce)(ce)團(tuan)隊將注意力(li)集(ji)中在(zai)完(wan)成全部工件品(pin)質控制的(de)(de)大(da)場(chang)景(jing)。

好奇號與火星會面

一旦在火星著(zhu)陸，固定在好奇號機(ji)(ji)(ji)械臂(bei)的(de)(de)(de)相(xiang)機(ji)(ji)(ji)將(jiang)會(hui)在很(hen)近的(de)(de)(de)距離(li)拍攝巖石、泥土(tu)圖片，了(le)解小于于頭(tou)發(fa)絲寬度(du)的(de)(de)(de)細節。在制造機(ji)(ji)(ji)械臂(bei)和立體相(xiang)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)過程中，超(chao)高(gao)精度(du)測(ce)(ce)(ce)量機(ji)(ji)(ji)Leitz PMM-C，配備LSP-S掃描測(ce)(ce)(ce)頭(tou)以及(ji)PC-DMIS軟件(jian)用于鏡頭(tou)的(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)，因(yin)為該機(ji)(ji)(ji)精度(du)高(gao)、觸測(ce)(ce)(ce)力小。

一(yi)個(ge)測(ce)(ce)量需(xu)要(yao)在500 mm的行程(cheng)區間(jian)測(ce)(ce)量一(yi)個(ge)3英寸直徑的鏡頭(tou)，測(ce)(ce)量重復性(xing)達到位置精度的五分之一(yi)。盡(jin)管在理論(lun)上能夠實(shi)現，在實(shi)際操作中，由于過程(cheng)的不確定性(xing)而(er)增加了(le)測(ce)(ce)量的難(nan)度。另外一(yi)項測(ce)(ce)量的挑戰存在于鏡頭(tou)的組(zu)裝，需(xu)要(yao)將支撐(cheng)桿保(bao)持垂直與平行。

來自(zi)海克斯康計量的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)專家進(jin)行(xing)了詳盡的(de)(de)(de)重(zhong)復(fu)性試驗(yan)，意(yi)圖找到(dao)不確定(ding)(ding)度(du)的(de)(de)(de)源頭(tou)。應用(yong)(yong)團隊確定(ding)(ding)測(ce)量不確定(ding)(ding)度(du)在(zai)(zai)溫度(du)變化過程中表現(xian)明顯。利用(yong)(yong)自(zi)動測(ce)頭(tou)更(geng)換架以及溫度(du)補償系統，并貫徹一些基本的(de)(de)(de)計量理(li)(li)念(nian)，幫(bang)助獲得理(li)(li)想的(de)(de)(de)結果。關于鏡(jing)頭(tou)的(de)(de)(de)匹配，在(zai)(zai)科(ke)學(xue)家們移動鏡(jing)頭(tou)時，PC-DMIS進(jin)行(xing)測(ce)量，這確保了鏡(jing)頭(tou)在(zai)(zai)伸縮過程中保持居中。

控制(zhi)溫(wen)度幫(bang)助減少(shao)(shao)由于(yu)機(ji)器(qi)結(jie)構以及測量(liang)(liang)機(ji)部件不對等伸縮所造成的(de)誤差，比如測頭(tou)加長桿、探針(zhen)以及夾(jia)具(ju)。采用自動測頭(tou)更換架、選(xuan)定(ding)適合的(de)測量(liang)(liang)時(shi)間(jian)(jian)也(ye)能夠(gou)優化測量(liang)(liang)結(jie)果。重復性從五分(fen)(fen)之四降低到了五分(fen)(fen)之一，幫(bang)助穩定(ding)了制(zhi)造過程，減少(shao)(shao)裝(zhuang)配(pei)時(shi)間(jian)(jian)，提升了制(zhi)造產品(pin)的(de)確信度，并滿足了制(zhi)造要求。因為在火(huo)星上更換出錯的(de)設備是不可能的(de)。

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