万吨重器实现毫米级一键精准合拢

2026-07-17 10:17:47 [知识] 来源：德瑞斯资讯网

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。

大型部件高效对接装配技术装备系统

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。