上海交大毫米级装配难题获突破精度达硬币厚度获市科技奖

研究团队讨论火箭总装对接方案

百米级的船舶分段、数十米高的火箭燃料贮箱，这些动辄上万吨的庞然大物，最终拼装精度却必须控制在毫米级。这好比将整座上海大剧院吊起后精准放下，位置误差不能超过一枚硬币的厚度——称之为“极限挑战”毫不为过。今日上午公布的2025年度上海市技术发明特等奖名单中，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，历经十余年攻关，联合江南造船、上海航天设备制造总厂等七家单位，成功攻克了长期困扰船舶与航天制造业的这道“极限难题”，彻底打破了行业长期面临的“卡脖子”困境，为国产高端装备的智能制造筑牢了根基。

当前，国内高端装备制造业正处于高速发展期。在造船领域，我国手握全球近七成订单，高新船舶与高附加值船舶正实现批量交付；航天领域，载人航天工程与卫星组网稳步推进，运载火箭年发射需求已逼近百次。行业内普遍采用模块化分体建造模式——并行制造部件可大幅提升生产效率。然而，瓶颈恰恰卡在最后的对接装配环节，成为制约产能提升的关键痛点。

以往，大型船舶总段、火箭舱段等体型庞大且吨位沉重的部件，其对接装配完全依赖资深技工的“手工试错”——依靠人眼观测、手动调整与经验判断。这种粗放模式不仅效率低下、工期较长，更难以稳定实现毫米级精度要求。在大型部件装配过程中，定位装备的运动误差会耦合放大，微小对接特征难以识别，构件自重引发的形变偏差更是难以预测，稍有不慎便会导致装配失误，直接影响船舶交付与航天发射的整体进度——这曾是高端装备制造领域的一项明显短板。

舰船巨型总段自动对接系统

为攻克这一世界级工程难题，王皓团队扎根于船舶与航天制造一线，历时十余年，彻底革新了传统的“人工试错”装配模式，打造出一套“标定-匹配-调姿”一体化的智能对接技术体系。团队从基础理论、核心算法到成套装备，实现了全链条的原创性突破，逐一凿穿了长期卡住行业发展的技术壁垒，使大型部件的对接装配真正从“依赖经验”迈向“依靠智能”。

精度标定是大型部件装配的第一道关卡，也是并联机器人领域长期悬而未决的技术顽疾。大型部件对接需多台装备协同调姿——每一台装备、每一处传动结构的微小误差，都会在作业过程中不断累积放大，最终形成致命的对位偏差。王皓教授介绍，团队创新性地提出了并联机构误差参数独立性判别方法，清晰厘清了各种误差耦合叠加的内在机理。在此基础上，团队给出了标定理论计算公式与消元算法，能高效剔除冗余误差干扰，从源头把控装配精度，为整套智能装配系统构建了稳定精准的运行基准。

大型部件对接看似是“大块头”作业，实际操作中的识别精准度却要求“心细如发”。以大型船舶总段为例，其对接端面可达两个标准篮球场大小，整片端面上分布着近千个细微对接结构，单个对接特征的面积不足端面总面积的百万分之一——极易被环境干扰和噪点覆盖，精准识别与定位难度极大。项目中，科研人员自主研发了点云分割技术，能够实现“大海捞针”——快速过滤现场繁杂干扰，精准锁定每一处微型对接结构。团队搭建的多维度特征匹配评价体系，兼顾整体贴合度与局部精准度，能智能优选对接姿态，使万吨级的大型部件实现毫米级的无缝精准对位。

此外，装配现场还潜伏着一个“隐形杀手”——万吨级部件会因自身重量产生肉眼难以发现的扭曲、翘边和局部形变。人工排查困难，但这些问题会直接导致装配错位、精度超标。针对这一难题，团队创新构建了载荷形变双向映射模型，能够精准掌握构件受力形变规律，提前预判并反向修正形变误差。配合高精度实时监测与智能调姿系统，这套方案能动态抵消自重带来的形变偏差——不仅实现了柔性精密调姿，还成功攻克了重型构件形变带来的装配壁垒。

火箭总装自动化对接系统

目前，依托这一系列原创性核心技术的突破，上海交通大学机械与动力工程学院科研团队已成功研发出适配船舶与航天领域的专用智能装配装备——包括船舶巨型总段自动对接系统、火箭总装自动化对接系统等成套设备，并构建起“智能感知-精准决策-自动执行”的全流程智能对接新模式。这套全新技术体系彻底告别了传统人工反复试错、低效作业的旧模式，拥有100%自主知识产权。目前成果已投入实际应用，正为我国高新船舶及新一代运载火箭的批量生产研制提供助力——不仅大幅缩短了总装工期，更稳步提升了国产高端重器的制造精度与可靠性。