把“上海大剧院”吊起来，拼接偏差不超一枚硬币厚度

王皓（左二）工作照。受访者供图

　　在上海市崇明区长兴岛的江南造船厂内，曾有过这样一个壮观的场景：两个相当于十层楼高的超大型船舶部件，总重近万吨，对接面有近千个指甲盖大小的微细对接特征，要在船坞内高效、精准地拼接在一起，误差不能超过硬币的厚度。

　　实现这个几乎“不可能的任务”，靠的是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”科研成果。该技术已经成功应用于我国高新船舶、运载火箭的高效研制和批量生产中。近日，该项目获评2025年度上海市技术发明奖特等奖。

　　该项目由上海交通大学牵头，江南造船（集团）有限责任公司、上海航天设备制造总厂等7家单位参与研发。团队历经10余年联合攻关，攻克了上述困扰船舶、航天等制造领域多年的“极限难题”。

　　怎样把大型部件更快地“拼”起来、缩短整体建造时间，是船舶、航天领域急迫要解决的问题。

　　研究团队介绍，过去，在世界范围内，大型船舶、运载火箭建造主要采用“塔式建造法”，即在船坞或厂房内一层层“盖房子”，周期长、效率低。现在，我国船舶、航天领域普遍采用模块化“分体建造”模式，即先把各个部件分开并行建造，最后再整体对接拼装起来。这种模式充分发挥了我国制造业产能优势，极大提高了生产效率，但最终“拼接”环节成为制约高效建造的关键卡点。

　　这些最终待拼装的巨型“积木块”尺寸达百米、载荷近万吨，而对接精度却要控制在毫米级别，相当于把整栋上海大剧院吊起来，放下去的位置偏差不超过一枚硬币的厚度。以往，上述过程依赖单点测量、单机操作、经验判断的人工作业模式，依靠工人经验反复试错、多次调整，不仅容易出错，而且耗时漫长，占用宝贵船坞时间，制约船舶交付、航天发射任务进度。

　　面对这一长期困扰行业的难题，上海交大联合江南造船、上海航天等7家单位，组建跨领域攻关团队，深耕工程一线10余载，攻克了多项世界级技术难题，打造了一套让机器自己“看”、自动“算”、自主“调”的“标定-匹配-调姿”一体化智能对接系统。

　　研究团队介绍，船舶总段、火箭舱段的对接装配，均采用大量定位机构协同作业的群组调姿模式。这类并联构型调姿装备的核心难点在于：各支链运动误差在末端高度耦合、相互放大，对总段整体精度产生“差之毫厘，谬以千里”的级联效应。

　　王皓打比方说，这套并联构型调姿装备的使用场景就像“100个人同时抬轿子”，能做到不顾此失彼，精准标定每一个定位装备的各个坐标轴线是关键。这套方法为巨型部件的精准调姿奠定了理论基础。

　　船舶总段的对接端面尺寸巨大，足有两个篮球场大小，表面密密麻麻分布着上千个指甲盖大小的微细对接特征，以实现船段间的高强度结构连接。单个特征的投影面积不到整个端面的百万分之一，如何在如此庞大的端面上精准识别、精确定位海量的微细对接特征，同时兼顾整体轮廓和局部细节，确定最优的对接装配位形，是巨型总段精确对接的又一道难关。

　　团队创新研发的技术，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，为大型部件装配搭建起智能化对接指挥系统，让巨型部件“找对位、接得准”。

　　重达近万吨的船舶巨型总段，整体刚性弱、局部刚度高，在定位调姿装备受力不均时，极易出现扭曲、外翻等变形问题，一旦形变产生，对接特征就会出现偏差，无法正常装配。实时感知构件形变、主动调整姿态、抵消变形误差，是高效对接的关键一环。

　　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。