在全球制造业的比拼中，效率与精度的极限平衡正在被重新定义。
当前，我国造船业拿下了全球近七成订单，新型船舶、高附加值船舶等批量交付；应对载人航天、卫星组网等重大工程，航天领域运载火箭年发射需求接近百发。能不能把大型部件更快地“拼”起来、缩短整体建造时间，已经成为船舶和航天两个领域最急迫要解决的核心问题。上海交通大学团队的一项成果，就解决了这个“极限难题”。
7月2日，2025年度上海市科学技术奖榜单正式揭晓，由上海交通大学机械与动力工程学院王皓教授领衔的“大型部件高效对接装配技术及船舶航天应用”项目中获得技术发明特等奖。该项目由上海交通大学牵头，联合江南造船（集团）有限责任公司、上海航天设备制造总厂等七家单位，历经十余年联合攻关，攻克了上述困扰船舶航天等制造领域多年的“极限难题”。
项目团队，受访对象供图
三大硬核技术路线
工业上的模块化建造就像“拼积木”，先把各个分体部件并行制造出来，最后实施总装。然而，随着高新船舶与运载火箭呈现大型化趋势，这些最终待拼装的巨型“积木块”，尺寸动辄达百米、重近万吨。
与之形成强烈反差的是，总装阶段的拼接精度要求却被死死卡在毫米级别。项目团队对第一财经做过一个形象的比喻：这相当于把整栋上海大剧院吊起来，放下去的位置偏差不能超过一枚硬币的厚度。
受访对象供图
在过去很长一段时间里，面对这种“极限难题”，行业普遍依赖单点测量、单机操作和经验判断的人工作业模式。依靠有经验的老师傅通过肉眼观察、手动调整进行反复试错。这种原始的作业模式不仅极易出错、精度难以保证，而且耗时漫长，直接卡住了船舶交付与航天发射任务的进度脖子。
为了彻底扭转这一被动局面，上海交大联合江南造船、上海航天等七家单位组建了跨领域攻关团队，想彻底废除“手工试错”，打造一套让机器自己“看”、自动“算”、自主“调”的“标定-匹配-调姿”一体化智能对接系统。
而要让万吨级的庞然大物实现自动化、智能化对接，团队必须在机器人机构学、计算机视觉以及结构力学三个维度上同时攻克世界级难题。
首先，是为重载调姿装备找到“精确基准”。
王皓对第一财经介绍，船舶和火箭舱段的对接依赖大量定位机构协同群组作业。这类并联构型装备的核心瓶颈在于，各支链的运动误差在末端会高度耦合、级联放大。单条支链轴线哪怕存在微小偏差，经放大后也会导致整个总段位姿严重失准。
面对这一机器人机构学界的经典难题，他们构建了并联构型定位装备精度标定的独立完备理论体系。首创了与运动机构操作位形无关的误差参数独立性判别方法，严谨证明了最大可辨识参数数目公式，并通过层次化解析消元算法，系统剔除了全部冗余误差参数。这套原创方法使大型定位装备的标定精度实现了跨越式提升，为精准调姿奠定了理论基础。
找到了基准后，需要在两个“篮球场”上盲搜“指甲盖”。
中船集团江南造船首席专家张国新介绍，船舶总段的对接端面足有两个篮球场大小，但表面却密密麻麻分布着近千个指甲盖大小的微小对接特征。单个特征的投影面积不到整体端面的百万分之一，如何在海量环境噪声中快速、精准地锁定它们？
为此，他们研发的大场景点云小尺寸特征分割技术，实现了众多小尺寸对接结构的精准定位。配合兼顾整体轮廓与局部细节的多特征对接匹配评价体系，系统能够科学测算并锁定最佳对接位姿，相当于为总装现场搭建了一个智能化的对接指挥系统。
解决了上述两个难点后，最后是化解万吨部件的“柔性变形困扰”。
重达近万吨的船舶巨型总段，物理特性表现为“整体刚性弱、局部刚度高”。在受力不均时，部件极易出现扭曲、外翻等变形，直接导致对接特征错位。
针对这一痛点，团队建立了载荷分布与结构变形的双向映射模型，实现了从结构变形到装备调控方案的逆向求解。依托高精度在位测量技术，系统能够动态感知构件形变，并主动调控装备姿态来修正误差。这让万吨级部件即便发生形变，也能完成柔性、精密调姿，确保特征精准匹配。
“我们采用了模块化建造技术，模块建设带来的一个好处，实际上就是大幅度前置了船舶建造过程中的舾装工程。”张国新对第一财经解释。
舾装工程就指的是在船体分段建造、组装阶段，就提前把管路、电气、机械设备等舾装件安装上去，而不是等整个大船壳造好下水后再去安装。舾装工程前置不仅能让施工效率与周期的“并行加速”，还能让生产成本下降，降低供应链与现代化的管理难度。
向更多领域拓展
核心技术的攻克，最终转化为了工业一线生产力。
通过整合上述创新成果，研究团队成功研制出集“高精度标定、多特征匹配、自动化调姿”功能于一体的系列化成套装备。目前，这一具有完整自主知识产权的技术体系，已成功应用于我国高新船舶巨型总段对接装配，以及新一代运载火箭等多型火箭舱段的总装。
受访对象供图
从成效来看，新装备的落地显著提升了高新船舶与大型运载火箭的总装效率，推进了总段建造新模式的实施，实现了高端制造向高效高精度建造模式的创新转变。
“我们的自动化对接技术进一步延伸，完全可以作为一个开放的技术让大家一起去用，比如运用到商业火箭，它更需要提高效率降低成本。”王皓透露，未来该系列技术还将赋能更多高端装备制造领域，为我国“海洋强国”与“航天强国”战略提供关键的自主技术支撑。
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金叶子
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