攻克大型部件毫米级装配“极限挑战”

百米船体分段、数十米火箭贮箱，重达近万吨的大型部件，拼装精度却需控制在毫米级别。这就像是把整栋上海大剧院高高吊起后再轻轻放下，位置偏差不能超过一枚硬币的厚度，其难度考验犹如“极限挑战”。2025年度上海市技术发明奖特等奖名单中，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”，用十余年时间联合江南造船（集团）有限责任公司、上海航天设备制造总厂等七家单位持续攻关，终于攻克了困扰船舶航天等制造领域多年的“极限难题”，彻底破解行业多年卡脖子难题，为我国船舶与航天领域智能制造筑牢自主技术根基。

过去，大型船舶总段、火箭舱段等体形庞大、吨位沉重的大型部件，对接装配完全依赖资深技工“手工试错”，依靠人眼观测、手动调整、经验判断完成对接。这种粗放模式不仅效率低下、工期漫长，且难以稳定实现毫米级精度要求。大型部件装配过程中，定位装备运动误差耦合放大、微小对接特征难以识别、构件自重形变偏差等问题频发，极易造成装配失误，直接影响船舶交付、航天发射的整体进度，成为大国工程建设的一大短板。

为破解这一世界级工程难题，王皓团队（见右上图）扎根船舶、航天制造一线十余载，彻底颠覆传统“人工试错”的落后装配模式，创新打造出“标定-匹配-调姿”一体化智能对接技术体系。团队从基础理论、核心算法、成套装备三大维度完成全方位原创性突破，逐一攻克长期困扰行业的高精度装配技术壁垒，让大型部件的对接装配实现从“靠经验”到“靠智能”的跨越式转变。

精度标定是大型部件装配的第一道“关卡”，也是并联机器人领域长期悬而未决的技术难题。大型部件对接需要多台装备协同调姿，每一台装备、每一处传动结构的微小误差，都会在作业过程中不断累积放大，最终形成致命的对位偏差。“我们团队创新提出并联机构误差参数独立性判别方法，清晰厘清了各类误差耦合叠加的内在机理。”王皓教授介绍，团队提出了标定理论计算公式与消元算法，高效剔除冗余误差干扰，从源头把控装配精度，为整套智能装配系统筑牢了稳定精准的运行基准。

大型部件对接，看上去是大块头，实际操作中的识别精准却要求心细如发。例如，大型船舶总段的对接端面堪比两个标准篮球场大小，整片端面上分布着近千个细微对接结构，单个对接特征的面积不足端面总面积的百万分之一，极易被环境干扰、噪点覆盖，精准识别、定位难度极高。科研人员自主研发的点云分割技术却能“大海捞针”，精准锁定每一处微型对接结构。“我们搭建的多维度特征匹配评价体系，兼顾整体贴合度与局部精准度，智能优选对接姿态，让万吨级大型部件实现毫米级无缝精准对位。”

依托一系列原创性核心技术突破，上海交通大学机械与动力工程学院科研团队已成功研发出适配船舶、航天领域的专用智能装配装备，包括船舶巨型总段自动对接系统、火箭总装自动化对接系统等成套设备，构建起全流程智能对接新模式。该成果助力我国高新船舶、新一代运载火箭的批量生产研制，不仅大幅缩短了总装工期，更稳步提升了国产高端重器的制造精度与可靠性。

本报记者 马亚宁