解密上海市科技奖特等奖：现代船舶航天如何打通总装“生死卡点”？

先说几个核心判断：在全球制造业的竞争中，效率和精度的平衡，正在被中国团队拉到一个新的高度。

你可能已经注意到了，中国造船业现在拿下了全球近七成的订单，新型船舶、高附加值船舶一艘接一艘地交付。另一边，航天领域也不遑多让，载人航天、卫星组网这些大工程，把运载火箭的年发射需求推到了接近一百次。你可能会问，这背后最大的瓶颈是什么？答案很简单：怎么把那些几十米、上百米长的“大家伙”快速、精准地拼到一起去。缩短建造时间，这就是船舶和航天领域眼下最要紧的事。而上海交通大学团队的一项成果，正好是在这个“极限难题”上找到了突破口。

7月2日，2025年度上海市科学技术奖励大会把技术发明特等奖，颁给了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。这个项目由上海交大牵头，联合了江南造船、上海航天设备制造总厂等七家单位，前前后后攻了十几年，才算把这道困扰行业多年的“极限难题”给拿下了。

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，说白了就是“拼积木”——各个分体部件先各自造好，最后再一次性组装。问题是，现在的高新船舶和运载火箭，越来越大，这些最终的“积木块”，动辄就长达百米，重量直奔万吨。而与之形成强烈反差的，是总装阶段的精度要求——被死死卡在了毫米级别。项目团队对第一财经做过一个比喻，形象得很：这就像要把整栋上海大剧院整个吊起来，放下去的位置偏差，不能超过一枚硬币的厚度。

受访对象供图

以前很长一段时间里，面对这种“极限难题”，行业普遍的做法是什么？单点测量、单机操作，外加老师傅的经验判断。说白了，就是靠有经验的老工人，肉眼观察，手动调整，反复试错。这种原始的作业方式，不但容易出错，精度没法保证，关键是太耗时间，直接就把船舶交付和航天发射任务的进度给卡得死死的。

为了彻底扭转局面，上海交大联合了江南造船、上海航天等七家单位，组成了跨领域攻关团队。他们的目标很明确：废除“手工试错”，打造一套能让机器自己“看”、自动“算”、自主“调”的“标定-匹配-调姿”一体化智能对接系统。要让万吨级的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上，同时攻克世界级难题。

首先，是为重载调姿装备找到“精确基准”。

王皓对第一财经解释过，船舶和火箭舱段的对接，依赖的是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，让大型定位装备的标定精度实现了跨越式提升，为精准调姿打下了理论基础。

找到基准之后，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。怎么在海量环境噪声里，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准定位。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，系统就能科学测算并锁定最佳对接位姿——相当于为总装现场搭建了一个智能化的对接指挥系统。

解决了上述两个难点，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，它的物理特性是“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，万吨级的部件即便发生形变，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

核心技术最终要落到工业一线才能算数。通过整合上述创新成果，研究团队成功研制出了集“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。目前，这套拥有完整自主知识产权的技术体系，已经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。