来源：科技日报
作者：冯妍、重器王春

在现代化造船厂内，实现两段高达近10层楼的毫米合拢巨型船身，正由下方数十台黄色定位器托举，键精准缓缓逼近。重器最终，实现面积相当于两个篮球场的毫米合拢船身断面上，上千个仅指甲盖大小的键精准对位点严丝合缝地拼接在一起。

这些黄色定位器，重器源自上海交通大学机械与动力工程学院（以下简称“上海交大机动学院”）王皓教授团队研发的实现“大型部件高效对接装配技术及船舶航天应用”成套技术装备系统。7月2日，毫米合拢该技术荣获2025年度上海市技术发明奖特等奖。键精准

行业痛点：产能瓶颈与精度挑战

当前，重器我国造船订单占据全球近70%，实现超大箱船等大型船舶订单激增，毫米合拢导致船坞坞期极度紧张。与此同时，载人航天、卫星组网等国家重大工程对大型航天运载工具的需求爆发，运载火箭年发射量接近百发，大型装备制造产能亟待突破。

该系列技术装备系统成功将船舶巨型总段的对接时间大幅缩短，效率提升至原来的数倍；同时显著缩减了运载火箭舱段的总装对接时间，大幅提升了高新船舶及大型运载火箭的总装效率，整体技术达到国际领先水平。

技术革新：智能系统重塑装配工艺

“过去大型船舶建造如同‘盖房子’，在船坞内自下而上逐层安装，占用坞期长达数年。虽然后来改为分段建造以加速进程，但后期总装合拢效率低下成为极端制造的难题。”王皓教授指出。

大型船舶与运载火箭的分段往往具备“百米级尺寸、万吨级载荷”，但其拼接精度要求却高达“毫米级”。这相当于将上海大剧院与上海城市规划博物馆大小的部件进行对接，位置偏差不得超过一枚硬币的厚度。王皓举例说明：对于几十米长的船舶总段，若前端两个部件对接角度偏斜仅0.01度，末端错位可能高达十几毫米。

传统对接依赖单点测量、单机操作及人工经验决策。一名经验丰富的老师傅需指挥数十名操作人员调整部件移动与对位。由于缺乏对对接定位运动规划、精度标定及结构变形内在规律的掌握，对接过程往往陷入反复试错的低效循环；甚至在肉眼无法辨识时，只能将船体拉近进行“碰触”式对位。

“我们的系统能够实现精准对接，彻底告别过去的反复试凑。”王皓强调。

核心突破：三维扫描与神经网络调控

如何实现这一突破？系统通过设备扫描，对部件对接面进行“高清三维摄像”，取样点高达数十亿个。随后，算法自动识别并确认相应的对位特征。系统对近千个对位特征“心中有数”，从而指挥数十至上百个定位器协同配合，实现“榫对卯、卯对榫”的精准对接。

然而，大型部件的变形问题曾是另一大难题。例如，船体设备在不同支撑状态和重力作用下，各部位会产生不同程度的形变；受热胀冷缩影响，部件早晚形状亦存在差异。

“我们的系统能实时测量部件形变，算法引入神经网络技术，类似于‘生成式模型’，能以智能方式控制定位器调控部件变形。”王皓解释道，“针对不同装备的变形特性——如火箭箭身（铝合金）局部变形更明显，船舶总段整体变形更大——软件均可针对性调整控制。”

质量提升：消除内应力，保障服役安全

对接精度的提升直接带动了制造质量的飞跃。江南造船（集团）有限责任公司首席专家张国新指出，若船舶部件对接精度不足，对接面间会产生巨大内应力，这种“拉扯力”将埋下长期服役的安全隐患。

“高新船舶安装要求极高，近百米长度仅允许毫米级误差。高精度安装意味着更小的内应力，从而更能抵御大风大浪的冲击。”张国新表示。

目前，该系统已广泛应用于我国高新船舶巨型总段对接装配、新一代运载火箭多型舱段总装等领域，奠定了我国船舶总装建造的效率优势，社会经济效益显著。

基础创新：从实验室到“国之重器”

从实验室到工程现场，重大技术突破绝非一蹴而就。

理论奠基：破解“乱麻”难题

基础理论创新是技术突破的起点。获奖团队成员陈根良教授表示：“船舶、火箭等大型部件对接需数十乃至上百台定位器协同作业。由于模型高度复杂，数学推导长期缺失，工程界只能依赖经验试错。”

陈根良介绍，当众多定位器共同托举万吨部件时，系统必须精确掌握每台定位器的实时位置及偏差，才能指挥其协同动作，实现部件的精准升降、平移与旋转。系统中涉及的参数成百上千，犹如一团乱麻，难以判断关键变量，导致整体调控无从下手。

王皓与陈根良团队在国际上首次从数学上证明：无论系统多么复杂，模型中均存在一个“最小独立参数集”。这如同从乱麻中找出几根关键线头，从而实现对整个系统的精准控制。这一成果不仅攻克了困扰机器人学界多年的国际学术难题，更基于此发明了大型部件“标定-匹配-调姿”一体化的高效对接装配技术，实现了国际引领。

产学研融合：逐级推进技术落地

理论创新与技术突破催生了集“高精度标定、多特征匹配、自动化调姿”于一体的大型部件对接系列化成套装备。王皓介绍，该平台最初仅在校内使用，随后参与航天相关单位工作，进而与江南造船厂等企业合作。

“在江南造船，我们的技术从几百吨的船开始应用，逐步扩展至上千吨，直至近万吨……大学与企业携手，将实验室成果逐级转化为先进技术，最终应用于‘国之重器’制造。”中国工程院院士、上海交大机动学院教授林忠钦总结道。

未来展望：全面自动化与智能化

该技术已形成具有完整自主知识产权的大型部件高效对接装配技术系统。王皓透露，该系统正加速在更多企业落地，“从船舶到航天，我们的软件系统可与企业现有定位器和控制系统结合，实现软硬一体的‘无缝对接’。”

“未来，该项技术将支持更多大型装备制造，将过去依赖经验与手工的方法全面转化为自动化与智能化。目前的技术仅是阶段性成果，而非终点，而是新的起点。”王皓表示。