□ 徐瑞哲
万吨级体量、百米级尺寸、毫米级精度——谈及超大高新船舶智能建造，可谓“牵一发而动全身”。
建造一艘大型船舶，需将上百米船体分段拼装成型；研制一枚运载火箭，也要对接数十米长的贮箱部件。这类构件单件重量动辄近万吨，拼接精度却要求控制在毫米级。
这项工作难度有多高？相当于将整座上海大剧院整体起吊，落位偏差不能超过一枚硬币的厚度。7月2日，2025年度上海市科学技术奖名单在上海公布。由上海交通大学（简称“上海交大”）机械与动力工程学院教授王皓牵头的“大型部件高效对接装配技术及船舶航天应用”项目摘得技术发明奖特等奖。
该项目以上海交大为牵头单位，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7家单位，历经十余年联合攻关，破解了长期制约船舶、航天制造领域发展的系列“难题”。
告别工人经验式反复试错
当前我国造船产业手握全球近七成船舶订单，新型、高附加值船舶批量交付。与此同时，载人航天、卫星组网等重大工程稳步推进，航天领域运载火箭年度发射需求逼近百发。
船坞施工排期饱和，发射场任务紧凑。如何提速大型部件拼装、压缩整体建造周期，已成为船舶、航天两大行业亟待解决的核心痛点。
现阶段船舶、航天行业普遍采用模块化“分体建造”模式：如同搭建积木，各构件先行并行制造，最后统一对接拼装。该模式充分释放国内制造业产能优势，大幅提升生产效率，但末端拼装工序成为制约建造提速的核心瓶颈。
尤其随着高新船舶、运载火箭持续向大型化发展，待装配巨型“积木块”尺寸达百米、重量近万吨，对接公差却需控制在毫米级别。
以往大型部件对接装配完全依靠资深技工人工试错，仅凭借肉眼观测、手动调整，不仅作业效率低下，装配精度也难以稳定保障。长期依赖单点测量、单机操作、经验判断的人工作业模式，极易产生装配偏差，直接拖慢船舶交付、航天发射任务进度。
针对这一长期制约行业发展的卡脖子难题，上海交大联合相关单位组建跨领域攻关团队，突破多项世界级技术壁垒，研发一套具备国际领先水平的大型部件一体化高效对接装配技术与成套装备，从底层革新大型部件总装工艺。
这套“标定—匹配—调姿”一体化智能对接系统，可自主视觉感知、自动运算解算、自主姿态调节，已成功应用于国内高新船舶、运载火箭的研制与批量生产，为海洋强国、航天强国战略落地筑牢自主技术根基。
为重载调姿装备建立“精确基准”
船舶总段、火箭舱段对接装配均采用多定位机构协同作业的群组调姿模式。此类并联式调姿装备核心痛点在于——各支链运动误差在末端高度耦合、相互放大，对总段整体精度形成“差之毫厘，谬以千里”的级联放大效应。
通俗来说，单一支链仅存在数毫米偏差，传递至其余对接端口便会放大至数厘米。即便单条支链轴线基准仅有微小偏移，经级联耦合、误差累积后，会在构件末端产生大幅位姿偏差，直接造成超大构件对接失效。
针对机器人机构领域长期悬而未决的技术瓶颈，王皓团队另辟蹊径，搭建起并联构型定位装备精度标定独立完备理论体系。依托这套原创并联机构独立完备精度标定方法，船舶、航天各类大型定位装备精度实现跨越式提升，为大型构件精准调姿夯实理论支撑，巩固我国在巨型总段对接装配技术领域的国际领先地位。
让巨型构件实现“无缝对接”
船舶总段对接端面体量巨大，部分端面面积相当于两个篮球场，表面密布上千个指甲盖大小的微型对接特征，依靠这些结构实现船段高强度连接。“单个对接特征投影面积不足整个端面的百万分之一，装配匹配堪称‘针尖对麦芒’。”王皓说。
在超大端面之上精准识别、定位海量微型对接特征，兼顾整体轮廓与局部细节，求解最优对接装配位形，是巨型总段高精度对接的另一重技术难关。
研究团队自主研发大场景点云小尺寸特征分割技术，可有效区分微型对接特征与环境噪声，快速识别并精确定位海量小型对接结构，识别效率显著提升。在此基础上，团队构建兼顾整体轮廓、局部细节的多特征对接匹配评价体系，能够量化测算并锁定最优对接姿态，搭建大型构件智能化对接调度系统，实现巨型部件精准对位、精密贴合。
为万吨级构件化解“变形困扰”
万吨级船舶巨型总段整体刚性偏弱、局部刚度集中，受力不均时易发生扭曲、外翻等形变，一旦产生变形，对接特征位置偏移，装配工作便无法正常开展。如何实时感知构件形变、主动调节姿态、抵消变形误差，是实现高效对接的关键。
为此，研究团队构建载荷分布与结构变形双向映射模型，实现构件结构变形至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、外翻等复杂形变引发的装配误差。
这套大型构件结构变形主动调控技术，可在万吨级构件产生形变时完成对接特征精准匹配，实现柔性、高效、精密调姿，为各类国之重器搭建高精度、高效率形变调控体系。
开创船舶航天智能建造全新范式
研究团队整合系列创新成果，形成大型部件一体化高效对接装配成套技术，研制集成“高精度标定、多特征匹配、自动化调姿”功能的系列化专用装备，首次落地“感知—决策—执行”全流程智能对接模式，有力推动国内船舶、航天行业大型构件建造模式迭代升级。
该特等奖项目紧扣国家重大战略需求，构建拥有完整自主知识产权的大型部件高效对接装配技术体系。目前相关成果已投入多型高新船舶巨型总段对接、新一代运载火箭舱段总装工作，大幅提升高新船舶、大型运载火箭总装效率。
项目成果推动总段建造新模式落地落地，助力大型构件高效高精度建造体系转型升级，经济、社会效益突出。王皓团队表示，系列技术将持续赋能更多高端装备制造赛道，为海洋强国、航天强国战略实施贡献更大力量。
