万吨级体量、百米级尺寸、毫米级精度——这听起来像是一项不可能完成的任务，但对于超大型高新船舶和运载火箭的智能建造而言，这正是必须攻克的技术难关。建造一艘大型船舶，常常需要将上百米的船体分段精准拼装在一起；而制造一枚运载火箭，也要将几十米长的贮箱部件精密对接。这些部件动辄重达近万吨，但拼接精度却要求达到毫米级别。
难度有多大？相当于将整栋上海大剧院吊起，放下时的位置偏差不能超过一枚硬币的厚度。2025年7月2日，年度上海市技术发明特等奖正式颁发，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，摘得这一全市技术发明领域的最高奖项。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7家单位，历经十余年协同攻关，终于突破了长期困扰船舶与航天制造领域的“极限难题”。
大型部件总装工艺革新，告别依赖工人经验的反复试错
当前，我国造船业已拿下全球近七成订单，新型船舶、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持续推进，航天领域运载火箭的年发射需求也逼近百发。船坞里工期排得满满当当，发射场更是任务紧凑。能否将大型部件更快地“拼接”起来、缩短整体建造周期，已成为船舶和航天两大领域最紧迫的核心诉求。
目前，船舶和航天领域普遍采用模块化“分体建造”模式——如同拼积木，先将各部件分开并行建造，最后再整体对接拼装。这种模式充分发挥了我国制造业的产能优势，极大提升了生产效率，但最终的“拼接”环节，却成为制约高效建造的关键瓶颈。尤其随着高新船舶和运载火箭向大型化发展，这些待拼装的巨型“积木块”尺寸达百米、重近万吨，而对接精度却需控制在毫米级别。
过去，这类大型部件的对接装配完全依赖有经验的老师傅“手工试错”。仅靠人眼观察、手动调整，不仅效率低下，精度也难以保障。这种基于单点测量、单机操作、经验判断的人工作业模式，不仅容易出错，更直接制约了船舶交付和航天发射的任务进度。
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、上海航天等单位，组建跨领域攻关团队，攻克了多项世界级技术难题，研发出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，从根本上革新了大型部件的总装工艺。这套“标定-匹配-调姿”一体化的智能对接系统，让机器自主“看”、自动“算”、主动“调”，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。
（船舶巨型总段自动对接系统）
攻克精度标定难题：为重载调姿装备找到“精确基准”
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。这类并联构型的调姿装备，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。简单来说，一头只差几毫米，其他端口可能就偏差几厘米。即便单条支链的轴线基准仅有微小偏差，经过级联耦合与累积后，也会在末端引起极为显著的位姿误差，直接导致超大构件的对接失败。
针对这一机器人机构学界长期未能解决的老大难，王皓团队另辟蹊径，构建了并联构型定位装备精度标定的独立完备理论体系。依托这套原创的并联机构独立完备精度标定方法，船舶和航天领域各类大型定位装备的精度实现跨越式提升，为大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。
攻克特征识别难题：让庞然大物实现“无缝对接”
船舶总段的对接端面尺寸巨大，有的足有两个篮球场大小，且表面密密麻麻分布着上千个指甲盖大小的微小对接特征，用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一，一铆一钉可谓“针尖对麦芒”。如何在如此庞大的端面上精准识别、精确定位众多微小对接特征，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，能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，让大型部件“找对位、接得准”。
攻克形变调控难题：帮万吨部件化解“变形困扰”
重达近万吨的船舶巨型总段，整体刚性弱、局部刚度高，在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。为此，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的主动调控技术，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的变形调控系统。
一体化成套装备落地，开启船舶航天智能建造新模式
研究团队整合一系列创新成果，开创了大型部件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，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的迭代升级。
这个特等奖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，其成果已应用于我国多艘高新船舶的巨型总段对接装配、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落地，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。团队表示，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。
