无论是50多米长的大型运载火箭，还是重达近万吨的高新船舶，如今在我国都是以模块化“分体建造”，再以“拼乐高”的方式完成总装。这种方式虽然使生产效率大幅提升，但在最终的拼装环节，却因长期依赖人工经验，耗时漫长、容易出错，直接制约了船舶交付与航天发射的进度。
船舶巨型总段智能对接装备模型（本报记者 袁婧/摄）
面对这一长期困扰行业的难题，上海交通大学机械与动力工程学院王皓教授团队联合江南造船、上海航天等七家单位，历经十余年协同攻关，研发出国际领先的大型部件一体化高效对接装配技术与成套装备，实现了“百米级尺寸、万吨级载荷”的毫米级精度装配，推动我国船舶、航天总装方式实现跨越式升级。在今天（7月2日）揭晓的2025年度上海市科学技术奖中，该项目荣获技术发明奖特等奖。
智能“看、算、调”，装配从一周缩短至半天
近年来，我国造船业承接的订单量占全球近七成，新型船舶、高附加值船舶亟待批量交付；航天领域也迈入高密度发射周期，年发射需求接近百发。“船坞里工期排得满满当当，发射场更是任务紧凑。”王皓说，这对大型部件总装效率提出了前所未有的新要求。
王皓解释船舶巨型总段智能对接装备运行方式（本报记者 袁婧/摄）
以造船为例，王皓形容传统的塔式造船好比在船坞里一砖一瓦“盖房子”，而如今的模块化建造，则是把一个个“房间”分别建好，再运到船坞拼成整栋建筑，船舶生产效率得到显著提升。
然而，随着船舶、火箭越造越大，这些待拼装的“房间”尺寸往往长达百米、重逾万吨，而拼接精度却仍要控制在毫米级——相当于把整栋上海大剧院吊起来，再精准放回原位，误差不能超过一枚硬币的厚度。
过去，这项工作几乎完全依赖经验丰富的老师傅一点点试、一遍遍调，不仅效率低下，精度也很难保证。王皓团队创新研发的一体化智能对接系统能自主完成“看、算、调”，实现测量、计算、调姿一体化。
火箭总装自动化对接系统
依托这套系统，上海航天技术研究院的火箭总装流程已实现全智能化：装配数据几十毫秒内就能运算完毕并发出指令，10分钟就能完成舱段间的精准装配，对接精度达0.2毫米。在船舶制造领域，过去耗时一周才能完成的装配工作，如今仅需半天。
破题“百人抬轿”，万吨级部件锁定“指甲盖”
大型船舶总段、火箭舱段的对接装配，均采用大量定位装备协同作业的群组调姿模式，在学术领域被称为“并联构型”。“就像100个人一起抬轿子。”王皓说，只要其中一人用力多了或少了一点，就会影响整顶轿子的平衡——在大型部件装配中，任何一个支撑点产生微小误差，都可能被层层放大，甚至最终导致整体装配失败。
围绕这一难题，团队首先在“定得准”上下功夫，建立了大型并联装备高精度标定方法，精准识别影响定位精度的关键误差参数，通过算法消除冗余误差，大幅提升装备定位精度。
接下来就要“对得巧”。船舶总段的对接端面面积可达两个篮球场大小，而真正决定连接质量的关键结构却只有指甲盖大小。面对这种“巨人穿针”式的挑战，团队研发出智能识别技术，能够快速锁定关键对接特征，自动判断最佳装配位置。
团队研发智能识别技术，快速锁定船舶总段的对接端面上指甲盖大小的关键结构。
除此之外，大型部件在装配过程中还会因自重发生形变。对此，团队进一步研发实时姿态调控技术，能够边装配边修正姿态误差，让万吨级部件始终保持最佳装配状态。
最终，团队形成了集“高精度标定、多特征匹配、自动化调姿”于一体的大型部件高效对接装配技术体系，并成功研制成套装备，有力推动我国船舶、航天领域大型部件建造模式迭代升级。
从一篇论文入手，16年校企协同赋能产业升级
回溯这项技术的发展历程，它的起点并非船坞，也不是发射场，而是一篇博士论文。
2010年，团队成员陈根良在上海交通大学攻读博士学位期间，将研究方向瞄准了并联机构精度标定——这是当时全球机器人机构学界共同面临的难题。
随着研究不断深入，陈根良和团队逐渐意识到，这一瓶颈在大型装备制造场景中尤为突出。于是，从工程需求出发，他们持续开展基础研究，逐步建立起较为独立、完备的精度标定理论体系。相关成果不仅发表于机器人领域顶级期刊，还逐渐赋能工程应用。
从一篇论文，到实验室模型，再到服务国家重大工程，这项技术不断跨越应用边界。2015年前后，王皓团队与航天领域相关单位展开合作，将技术应用于运载火箭装配，并服务于新一代运载火箭等多型火箭舱段的总装。
船舶巨型总段自动对接系统
在航天领域取得突破后，该团队又把目光投向尺寸更大、工况更加复杂的船舶制造领域。依托与江南造船等企业的持续合作，团队围绕真实工程需求不断迭代算法、优化装备，建立起“企业出题、科研解题、产业验题”的协同创新机制，推动技术逐步应用于多型高附加值船舶制造。
如今，陈根良已成长为上海交通大学机械与动力工程学院教授，团队也从最初几名科研人员发展为数十人的科研队伍。今年6月，上海长兴海洋实验室正式启用，将进一步打“基础研究—应用研究—产业转化”全链条，为科研成果工程验证和产业落地提供支撑。
王皓表示，未来团队还将推动相关技术向商业航天火箭高效装配、火箭回收与落地捕捉等新兴领域延伸，持续深化校企协同创新，继续为我国重大工程建设和未来产业发展提供坚实技术支撑。
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