上海市科技奖特等奖解读现代船舶航天打通总装生死卡点

先说几个核心判断：在全球制造业的激烈博弈中，效率与精度的完美平衡，正被中国技术团队推向全新高度。

你可能已经注意到，中国造船业如今揽下全球近七成订单，新型船舶、高附加值船艇接连交付。与此同时，航天领域同样表现抢眼，载人航天、卫星组网等重大工程，将运载火箭的年发射需求推至接近百次。你或许会问，这背后最大的瓶颈是什么？答案很直接：如何将几十米甚至上百米长的庞然大物快速、精准地组合在一起。缩短建造周期，正是船舶与航天领域当前最紧迫的课题。而上海交通大学团队的一项突破，恰好在这个“极限难题”上找到了关键解法。

2025年7月2日，上海市科学技术奖励大会将技术发明特等奖授予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。该项目以上海交大为牵头单位，联合江南造船、上海航天设备制造总厂等七家机构，历经十余年攻关，终于攻克了困扰行业多年的“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，本质上就是“搭积木”——各分体部件先独立制造，最后一次性总装。但问题在于，当前的高新船舶和运载火箭越造越大，这些最终的“积木块”动辄长达百米、重量直逼万吨。形成鲜明对比的是，总装阶段的精度要求却被死死锁定在毫米级。项目团队曾对第一财经做了形象的比喻：这就像要把整座上海大剧院整体吊起，落下的位置偏差不能超过一枚硬币的厚度。

受访对象供图

过去很长一段时间，面对这种“极限难题”，行业普遍采用的做法是什么？单点测量、单机操作，再加上老师傅的经验判断。说白了，就是依赖资深工人肉眼观察、手动调整、反复试错。这种原始作业方式不仅容易出错、精度无法保证，更关键的是耗时极长，直接拖慢了船舶交付和航天发射任务的进度。

为彻底改变这一局面，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。他们的目标十分明确：废止“手工试错”，打造一套让机器能自主“看”、自动“算”、主动“调”的“标定-匹配-调姿”一体化智能对接系统。要让万吨级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、计算机视觉和结构力学三个维度同时攻克世界级技术难题。

首先，是为重载调姿装备建立“精确基准”。

王皓曾对第一财经解释，船舶与火箭舱段的对接，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。哪怕单条支链的轴线存在微小偏差，经放大后，整个总段的位姿就会严重失准。面对这个机器人机构学界的经典难题，他们构建了一套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。

确立基准后，下一步是在两个“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那么大，但端面上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还不到整个端面的百万分之一。如何在海量环境噪声中快速、精准地锁定它们？为此，团队研发了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确定位。再配合一套兼顾整体轮廓与局部细节的多特征对接匹配评价体系，系统便能科学测算并锁定最佳对接位姿——相当于为总装现场构建了一个智能化的对接指挥系统。

解决上述两个难点后，最后要化解的是万吨部件的“柔性变形困扰”。

重达近万吨的船舶巨型总段，其物理特性是“整体刚性弱、局部刚度高”。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。这样一来，万吨级部件即便发生形变，也能完成柔性、精密的调姿，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。”江南造船首席专家对第一财经解释。这里的舾装工程，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。舾装工程前置的好处很明显——不仅能实现施工效率与周期的“并行加速”，还能降低生产成本，也降低了供应链与现代化管理的难度。

向更多领域拓展

核心技术最终要落地工业一线才算真正发挥作用。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，这套拥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的对接装配，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

从实际成效来看，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。