青年报·青春上海记者 刘晶晶 

造一艘大型船舶，有时候要把上百米的船体分段拼装在一起；造一发运载火箭，也需要把几十米长的贮箱部件对接起来。这些部件动辄重达近万吨，拼接精度却要求达到毫米级别——这相当于把整栋上海大剧院吊起来，放下时的位置偏差不能超过一枚硬币的厚度，难度可想而知。

7月2日，2025年度上海市科学技术奖技术发明特等奖名单公布，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”项目榜上有名。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”。

  ◆  从“手搓”到智能化  ◆  

过去，这种巨型部件的对接装配全靠有经验的老师傅“手工试凑”——靠人眼观察、手动调整，效率低下不说，精度也很难保证。王皓团队彻底改变了传统模式，创新性地打造了一套让机器自己“看”、自动“算”、自主“调”的“标定-匹配-调姿”一体化智能对接系统，成功应用于我国高新船舶、运载火箭的高效研制和批量生产中，为“海洋强国”和“航天强国”战略建设提供了坚实的自主技术支撑。

眼下，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。船坞里工期排得满满当当，发射场更是任务紧凑。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需要解决的核心问题。

当前，船舶、航天领域普遍采用模块化“分体建造”模式——就像拼积木，先把各个部件分开并行建造，最后再整体对接拼装起来。这种模式充分发挥了我国制造业产能优势，极大提高了生产效率，但最终“拼接”环节成为制约高效建造的关键卡点。随着高新船舶、运载火箭呈大型化趋势发展，这些最终待拼装的巨型“积木块”尺寸达百米、载荷近万吨，而对接精度却要控制在毫米级别，相当于把整栋上海大剧院吊起来，放下去的位置偏差不超过一枚硬币的厚度。长此以往，上述过程依赖单点测量、单机操作、经验判断的人工作业模式，依靠工人经验反复试凑、多次调整，不仅很容易出错，而且耗时漫长，直接制约了船舶交付、航天发射任务进度。

面对这一长期困扰行业的卡脖子难题，上海交大联合江南造船、上海航天等七家单位，组建跨领域攻关团队，深耕工程一线十余载，攻克了多项世界级技术难题，研发了一整套国际领先的大型部件一体化高效对接装配技术与成套装备，从根本上革新了巨型部件的总装工艺。

  ◆  攻克种种难题  ◆  

船舶总段、火箭舱段的对接装配，均采用大量定位机构协同作业的群组调姿模式，这类并联构型调姿装备的核心难点在于：各支链运动误差在末端高度耦合、相互放大，对总段整体精度产生“差之毫厘，谬以千里”的级联效应。即便单条支链的轴线基准仅存在微小偏差，经级联耦合与累计之后，也会在末端引起极为显著的位姿误差，直接导致对接失败。

如何揭示并联构型调姿装备中误差参数间的耦合特性，建立反映其误差传递本质规律的误差映射模型，是机器人机构学界长期以来未能解决的经典难题。

针对这些瓶颈，研究团队另辟蹊径，构建了并联构型定位装备精度标定的独立完备理论体系。首创与运动机构操作位形无关的误差参数独立性判别方法，从机理层面揭示了误差参数间的内在耦合特性；通过严谨理论推导，证明了并联机构最大可辨识参数数目公式，攻克了并联机构精度标定的参数可辨识性理论难题；建立了层次化解析消元算法，系统剔除了全部冗余误差参数，保障了并联构型调姿装备的末端位姿精度。

依托这套原创的并联机构独立完备精度标定方法，船舶、航天领域各类大型定位装备定位精度实现跨越式提升，为巨型部件的精准调姿奠定了理论基础，确保我国在巨型总段对接装配技术领域稳居国际领先行列。

船舶总段的对接端面尺寸巨大，足有两个篮球场大小，表面密密麻麻分布着上千个指甲盖大小的微细对接特征，以实现船段间的高强度结构连接。单个特征的投影面积不到整个端面的百万分之一，如何在如此庞大的端面上精准识别、精确定位众多微细对接特征，同时兼顾整体轮廓和局部细节，确定最优的对接装配位形，是巨型总段精确对接的又一道难关。

团队创新研发的大场景点云小尺寸特征分割技术，有效区分微小特征与环境噪声，完美实现众多小尺寸对接结构的快速识别与精确定位，识别效率大幅提升。在此基础上，团队搭建起兼顾整体轮廓、局部细节的多特征对接匹配评价体系，能够科学测算并锁定最佳对接位姿，为大型部件装配搭建起智能化对接指挥系统，让巨型部件“找对位、接得准”。

  ◆  一体化成套装备落地  ◆  

重达近万吨的船舶巨型总段，整体刚性弱、局部刚度高，在定位调姿装备受力不均时，极易出现扭曲、外翻等变形问题，一旦形变产生，对接特征就会出现偏差，无法正常装配。如何实时感知构件形变、主动调整姿态、抵消变形误差，成为高效对接的关键一环。

研究团队建立了载荷分布与结构变形的双向映射模型，实现了从部件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，结合映射模型主动调控装备姿态，精准修正扭曲、外翻等复杂变形带来的装配误差。这套大型部件结构变形主动调控技术，让万吨级庞然大物即便发生形变，也能完成特征精准匹配，实现柔性、高效、精密调姿，为多项国之重器搭建起精确高效变形调控系统。

最关键的是，研究团队整合创新成果，开创了大型部件标定-匹配-调姿一体化高效对接装配技术，成功研制了集“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，对比传统依赖经验、反复试凑的作业模式，新装备首次实现“感知—决策—执行”的智能对接模式，有力推动了我国船舶、航天领域大型部件建造模式迭代升级。

记者了解到，该项目面向国家重大战略需求，形成了具有完整自主知识产权的大型部件高效对接装配技术体系。截至目前，技术成果已应用于我国高新船舶等多个船舶巨型总段对接装配、新一代运载火箭等多型火箭舱段的总装，显著提升了高新船舶、大型运载火箭的总装效率。项目成果推进了总段建造新模式的实施，推动了大型部件高效高精度建造模式的创新转变，具有突出的社会和经济效益。未来，该系列技术还将持续赋能更多高端装备制造领域，为我国海洋强国、航天强国战略实施做出更大贡献。

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑：陆天逸

来源：青春上海News—24小时青年报