SpaceX 慘痛教訓,Elon Musk 首次談到設計與製造

SpaceX 慘痛教訓,Elon Musk 首次談到設計與製造

當所有太空迷期待 SpaceX 的火箭試驗飛行的時候,Everyday Astronaut 釋出一段 Elon Musk 的 STARBASE 基地導覽影片。這次是人類史上建造的最大型火箭 Super Heavy 搭載 Starship 發射前夕,能讓 Elon Musk 導覽本身就已經是個創舉,更何況有些是幾個禮拜之後即將發射的火箭部件,看起來格外有意思。

Elon Musk 除了當作嚮導介紹火箭工廠,有一段談到設計、製造與自動化的關係,成為網路上轉發的對象。設計火箭的歷史可以遠至1950年蘇聯時期,到了今天仍然有些火箭引擎還是採用舊蘇聯時期的設計,但是製造火箭就沒這麼簡單,可以說是超高難度,要不然每次火箭發射的時候還是很緊張會不會飛上去直接爆炸。

Elon Musk 非常仔細的說明設計與製造的關係,有 5 個步驟,相當適合設計或是創業家思考:

STEP 1 極力減少低級設計錯誤

設計火箭或任何東西之前,都必須要有一個「規格定義」,包括一個或多個基本基礎。通常由設計師定義好規格之後,由製造工程師執行出來。由於是由非常聰明的人設計並定義引擎規格相關的零件與機構,製造工程師只負責把這些規格定義,通過特定的流程製造出來,往往都是這樣做的。因為設計師十分聰明,所以沒有人敢質問這些設計是否合理,這就是最危險的地方。

基本上設計圖不管是誰提出的,都必須要極力減低看起來就是有問題的低級錯誤,例如極為複雜的閥門,或者是超高強度合金等等,基本上都需要經過討論之後才能夠定義完成,不容許有過於複雜的設計。

STEP 2 極力減少製造工序

SpaceX Raptor規格一旦確定,也會順帶確定製造流程與工序,每個工程師專業之間存在著大大小小不同的偏誤( bias),可能某個製造參數會跟其他工程專業牴觸,此時團隊必須要決定什麼是最核心的工序。對於生性保守的工程師來說,每項工序都非常重要,缺一不可。不過如果團隊沒有對流程的問題意識,有些只是為了安心,或是「可能會發生問題」而產生的流程,並不是真正需要的製造流程。事實上,削除某個工序可能比想像中困難,最後可能會變成一個極為龐大的生產系統。為了避免成為大型浪費的製造流程,就必定要極力減少工序,成為簡單的製造流程。

對於工程師而言,追加很簡單,減少流程才是製造成功的保證。結論看起來,SpaceX 原先是定義為能夠重複使用的火箭,現在的製造流程是核心部分,如果真的有需要追加的話,事後再進行檢討就行了。

STEP 3 最佳化

STEP 1 → 2 如果都通過的話,接下來是持續優化這兩個步驟,如果沒有辦法最佳化,其實只能算完成,說不上是成功的量產。聰明的工程師會以最佳化思考模式再次評估設計製造流程,然後再次定義某項規格或是減少某個流程,以避免不必要的失敗。

STEP 4 高速化

STEP 1 → 3 能夠增加製造系統的品質,不過,對於製造成本的下降有極限,因為如果無法高速運轉的話,再怎麼樣高品質的設計製造,結論依然會回到原先曾經犯過的過錯:不知道什麼時候,慢慢持續增加不必要的流程,依然是個失敗。有時候為了高速作業,工程師會自己定義許多不可能達成的目標,有些會成為自掘墳墓的作法,不過如果有所突破,就會是一個重要突破。

Elon Musk 解釋高速化同時也解釋為什麼前幾年 Tesla 發生製造問題的時候,他是如何解決?簡單來說是 STEP 4 高速化不夠完整,造成製造的速度追趕不上市場需求量,並不是無法生產電動車。 Tesla 工程團隊突破高速化之後,正如 Elon Musk 所說的即將迎向「倍數成長」,才是真正的量產體制。

當時外部都還搞不清楚發生甚麼事情,Tesla 幾個月就趕上幾年的生產速度,正是製造業的基礎被高速化打破了。

STEP 5 自動化

最後一個步驟是自動化,也就是如何使用機器人完成組裝效益,依靠手工的話永遠無法規模化。Elon Musk 舉例 Tesla Model 3 製造工程裡,車底的電池外面包覆著一層碳纖維以防止進水,雖然想要用自動化進行製造,卻仍然出現問題。此時, Elon Musk 問了一個問題:這塊碳纖維版是用來做什麼的?電池安全團隊說是為了吸收震動,問了減震團隊,卻說是為了防止電池進水的火災。

兩邊對不起來,只好用實證檢驗是否真有減震或是安全效果,結果證實根本不需要那塊碳纖維板。

但是,為了將碳纖維版的自動化,驗證過程花了 200 萬美金,直到最後才發現這是不需要加裝的功能。也就是說這一切都浪費掉了。更不要說 Tesla 的工程團隊應該是全世界數一數二的,同樣會發生這樣的錯誤,錯失連小學生都會問的基礎問題:這流程有什麼用?

結論:基本的 STEP 0

這這也常常在設計與製造團隊發生,設計常常埋怨製造不出來想要的效果,製造團隊卻嫌設計太天馬行空,事實上設計師並沒有這麼重要。舉例來說,他舉出蘇聯時代的火箭引擎設計圖大概有1000多種,每個都宣稱能夠飛上太空,但是如果設計太複雜根本無法量產的話,根本不能算是設計。Elon Muck 認為設計跟製造是同等重要,換句話說,STEP 1 → 2 → 3 → 4 → 5 順序雖然是線性前進,對碳纖維板的大型失誤來看,應該得要 STEP 5 → 4 → 3 → 2 → 1,回到最初的規格設計才行。 對於設計來說,過於輕視製造的困難程度,就會形成多餘的設計零件,會更讓製造無法量產而付出過多成本。雖然付出很多金錢,得到的經驗與知識卻是無價,Elon Musk 說。

對我們來說,能夠免費學習到上千億的經驗,可能就是網路時代最好的解釋。漸漸期待 SpaceX 的下次飛行。

Starbase Tour with Elon Musk [PART 1]

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