万吨部件毫米级对接，这套智能系统获上海技术发明特等奖
在船舶建造领域，上海交通大学成功研发的船舶巨型总段自动对接系统，攻克了万吨级部件毫米级对接难题，成功实现了“感知—决策—执行”的智能对接与闭环控制，使对接效率大幅提升十倍，荣获上海技术发明特等奖。
怎样更快地造好一艘大型船舶或是运载火箭？或许不难想到，可以像拼积木一样，分段各自拼好，最后组装在一起。没错，这确实是近年来的现实做法。
但问题在于，这些庞然大物可不像手里的积木那么听话。最后组装时，会发现要拼在一起的两块“大积木”有近百米长、重近万吨。更棘手的是，其中一块积木上的上千根“针”，还得精准无误地插入另一块一一对应的“针孔”里去。这种对接装配技术的难度，想想都觉得不可思议：怎么把这些大型部件抬起来？怎么精细地调整它们的位置？又怎么精准地完成对接？
船舶巨型总段自动对接系统 本文图片均为受访团队供图
过去，这个过程全靠经验丰富的老师傅们手工试错，效率低，精度也难保证。直到上海交通大学机械与动力工程学院王皓教授领衔的团队，经过十余年攻坚，打造出一套一体化智能对接系统。这套系统攻克了困扰船舶航天领域的“极限难题”，也在今天（2026年7月2日）拿下了2025年度上海市技术发明特等奖。
十余载攻坚，赋能“国之重器”
如今，我国造船业拿下了全球近七成订单，新型船舶、高附加值船舶批量交付；航天领域，运载火箭的年发射需求也接近百发。不管船舶还是火箭，需求井喷的同时，都要求建造周期能进一步缩短。
当前，船舶、航天领域普遍采用模块化“分体建造”模式。分段并行建造提高了效率，对船舶来说，还避免了过去塔式建造法长期占用大型船坞，提升了船坞利用率；对火箭来说，则提供了将分段运往发射场再组装的选项，降低了运输难度。
“分体建造”已经是先进模式，但接下来更要在智能对接上下功夫。人工对接耗时漫长，可智能技术同样面临一块难啃的“硬骨头”。对接过程差之毫厘，谬以千里。怎么形容这个对接的难度呢？研究团队打了个比方：相当于把整栋上海大剧院吊起来，放下去的位置偏差不能超过一枚硬币的厚度。
研究团队讨论火箭总装对接方案
为此，团队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。新装备首次实现“感知—决策—执行”的智能对接模式，能让机器自己“看”、自动“算”、自主“调”。原先需要超过一周的对接过程，被缩短到半天，效率足足提升了十倍。而这份成绩单背后，是十余年的刻苦攻坚。
2009年，团队建设了首个大部件对接实验平台。此后第三年左右，开始与航天领域合作。2016年，这项技术应用于新一代大型运载火箭，这也是它在“国之重器”上的首次验证。2017年后，研究团队与江南造船厂建立合作，将技术应用拓展到船舶领域，并在随后数年持续赋能各种不同类型的高新船舶建造。
据王皓介绍，目前该技术已应用于我国多艘高新船舶的巨型总段对接装配，以及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。谈及此次获奖，王皓说“这不是结束，而是开始”。未来，它还可以面向更多新型高新船舶、更大尺度的火箭立姿对接、可回收火箭的捕捉对接等，进一步完善推广，持续赋能更多高端装备制造领域。
基础研究开路，攻克三大难题
这项技术追根溯源，核心解决了三大难题：精度标定、特征识别、形变控制。
精度标定
不管是船舶总段还是火箭舱段的对接装配，都需要大量定位机构协同作业，进行群组调姿，采用的是并联构型的调姿装备。换句话说，每块“大积木”被上百台定位机器人抬着挪动，就像是“一百个人抬轿子”。因此，必须精准识别每个“轿夫”的相对位置，精确标记每条支链的轴线。哪怕轴线角度只差0.01度，对于一个近百米长的部件来说，都可能导致末端厘米级的偏差。
这几乎是这项技术起步时最初的起点，指向的是一个机器人机构学界长期以来未能解决的经典难题——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。只有搞清楚误差传递的模型，并确认算法，才能更好地消除系统误差。
冗余驱动并联定位装备
为此，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。他们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，攻克了并联机构精度标定的参数可辨识性理论难题，建立起层次化解析消元算法，系统剔除了全部冗余误差参数。以基础研究开路，船舶、航天领域各类大型调姿装备的定位精度实现了跨越式提升，也为巨型部件的精准调姿奠定了理论基础。
特征识别
特征识别，是要让巨大对接端面上近千个指甲盖大小的微小对接特征被精准识别、精确定位。这些对接特征的投影面积，还不到整个端面的百万分之一，要让它们完全准确对应，又是一道难题。
团队创新研发了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，团队还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。
形变控制
最后是形变问题。调姿过程中，部件会出现扭曲、外翻等变形。要实现高效对接，就必须实时感知构件形变、主动调整姿态、抵消变形误差。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。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。
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